mia Note de Curs

dr. ing. ELENA LUCICA NEGUT

BIOCHIMIA ALIMENTELOR NOTE DE CURS

Editura BIOTERRA - 2000 -

CUPRINS Biochimia. Notiuni introductive …………………………………………………………..4 Substantele care alcatuiesc organismele vii Compozitia elementara si sumara a organismelor……………………………………….5 Compozitia elementara a organismelor………………………………………...5 Compozitia sumara a organismelor…………………………………………….6 Substantele minerale ale organismului……………………………………………………7 Substante organice plastice ale organismului………………………………………… .. 8 Glucide……………………………………………………………………………………… 8 Clasificarea glucidelor………………………………………………………… 8 Monozaharide……………………………………………………………………………… 9 Izomeria monozaharidelor……………………………………………………. 9 Proprietatile fizice ale monozaharidelor…… ……………………………..11 Proprietatile chimice ale monozaharidelor…………………………………...11 Monozaharide naturale………………………………………………………………………14 Oligozaharide………………………………………………………………………………..15 Polizaharide………………………………………………………………………………….18 Lipide………………………………………………………………………………………..22 Definitie, clasificare…………………………………………………………22 Lipide simple……………………………………………………………………………… 23 Proprietati fizice…………………………………………………………….24 Proprietati chimice………………………………………………………….24 Ceride………………………………………………………………………………………..25 Steride……………………………………………………………………………………….26 Protide……………………………………………………………………………………….27 Consideratii generale, clasificare……………………………………………27 Aminoacizii…………………………………………………………………………………..28 Proprietati generale ale aminoacizilor………………………………………29 Proprietati chimice ale aminoacizilor……………………………………….29 Aminoacizi neproteici……………………………………………………….30 Aminoacizi neesentiali si esentiali…………………………………………..30 Identificarea aminoacizilor……………………………………………….. 30 Peptide……………………………………………………………………………………….31 Proteide………………………………………………………………………………………31 Substante proteice……………………………………………………………………………32 Proprietati fizico -chimice…………………………………………………. 33 Proprietati chimice………………………………………………………….33 Proprietati biochimice s imunologice………………………………………34 Clasificarea proteinelor……………………………………………………..35 Heteroproteide………………………………………………………………………………..38 Substante organice active ale organismului Vitamine……………………………………………………………………………………..42 Nomenclatura si clasificare…………………………………………………42 2

Enzime…………………………………………………………………………………………44 Clasificarea si nomenclatura…………………………………………………44 Caracteristicile generale ale enzimelor………………………………………45 Preparate enzimatice…………………………………………………………46 Bibliografie……………………………………………………………………………………48

3

BIOCHIMIA

NOTIUNI INTRODUCTIVE

Biochimia - stiinta care studiaza procesele chimice si fizico-chimice care au loc in organismele vii, avand rolul sa stabileasca substratul material al fenomenelor vietii. In general, dezvoltarea organismelor este posibila datorita proceselor biochimice care se desfasoara in toate plantele si animalele, in cele mai diferite conditii de mediu. Aceasta influenta pe are o exercita mediul se reflecta atat in structura morfologica, cat si in structura chimica a organismelor. Problemele fundamentale ale biochimiei animale nu trebuiesc rupte de acelea ale biochimiei vegetale si cele ale fiintelor monocelulare. Principiul universal al unitatii naturii sta atat la baza compozitiei chimice a organismelor, cit si a proceselor care se desfasoara continuu, si care inseamna viata insasi. Materia organica se formeaza, se transforma si se degradeaza in orice organism viu (planta, animal sau microorganism); ea nu difera de la un organism la altul prin natura substantelor care o alcatuiesc, care sunt intotdeauna aceleasi sau inrudite, ci difera prin caractere secundare, neesentiale, determinate de proportia si conditiile in care aceasta materie organica se formeaza si se transforma. Din aceasta cauza, lumea foarte diferita a organismelor manifesta, in cea mai mare masura, procese de formare si degradare a materiei vii identice sau asemanatoare, procese care pot varia intre anumite limite, determinand astfel variabilitatea si ereditatea organismelor. Cu toate ca, biochimia vegetala este inrudita cu cea animala si umana, unde exista activitate asemanatoare, totusi la plante fiecare celula are de indeplinit un proces metabolic mult mai complicat fata de animal, la care organele sunt specializate pe diferite functii. Animalul, planta si mediul formeaza o unitate indisolubila si numai in acest fel, comparat si general, biochimia ne arata unitatea materiala a lumii si formele diferite pe care materia le imbraca. Deci, in studiul biochimiei trebuiesc tratate in acelasi timp si problemele fundamentale ale chimiei animale si acelea ale chimiei vegetale, in legatura lor necesara. Biochimia are un rol desosebit si la industrializarea unor materii prime agricole, in vederea obtinerii de produse finite cu randamente bune, de calitate, si in conditii economice de rentabilitate ridicata. Biochimia intervine astfel in obtinerea de materii prime, in desfasurarea unor procese tehnologice, la ambalarea si conservarea produselor finite, la valorificarea deseurilor de fabricatie, etc. In materiile prime agricole si in produsele lor de transformare industriala au loc necontenit procese biochimice, necesare sau daunatoare, determinate de enzime; aceste procese trebuind fi depistate, pentru a fi suprimate sau dirijate. Studiul biochimiei este structurat astfel incat mai intai trebuie sa se cunoasca structura, modul de formare si proprietatile generale ale componentelor materiei organice (biochimia

4

descriptiva) si apoi studierea transformarilor care sunt comune sau asemanatoare tuturor organismelor precum si cele care sunt proprii fiecarui tip de organism, de organ, de tesut, etc. (biochimia dinamica). Aceasta lucrare este scrisa pentru studentii din domeniile agronomiei, prelucrarii produselor agricole si controlului calitatii materiilor prime, vegetale si animale, cat si a produselor finite industrializate. Biochimia descriptiva studiaza substantele care alcatuiesc organismele vii. Studiul biochimiei descriptive implica: A. Compozitia elementara si sumara a organismelor. B. Substante minerale ale organismelor. C. Substante organice plastice ale organismelor: - glucide - lipide - protide D. Substante organice active ale organismelor: - vitamine - enzime - hormoni - pigmenti E. Produse intermediare si finale de metabolism: - uleiuri eterice, rasini,lignani - lignine - alcaloizi - antibiotice vegetale. 11 Biochimia dinamica studiaza metabolismele substantelor organice care alcatuiese materia vie, si cuprinde: A. Formarea si degradarea glucidelor B. Formarea si degradarea lipidelor C. Formarea si degradarea protidelor D. Interdependenta proceselor metabolice E. Mediul si metabolismul.

SUBSTANTELE CARE ALCATUIESC ORGANISMELE VII Chimia biologica descriptiva se ocupa cu studiul substantelor care intra in alcatuirea organismelor (cu structura, proprietatile, sistematica si rolul lor), nu insa si cu modul de formare, de transfoormare si de degradare a acestor substante in organismul viu, care face obiectul biochimiei dinamice sau metabolismului.

A.

COMPOZITIA ELEMENTARA SI SUMARA A ORGANISMELOR Compozitia elementara a organismelor

Fiecare substanta care intra in alcatuirea organismelor vii, are o anumita constitutie chimica, care este caracterizata in primul rand de natura si proportia diferitelor elemente chimice care o compun si in al doilea rand., de modul de aranjare sau de legatura atomilor in molecula. Stabilirea naturii si proportiei elementelor care alcatuiesc diferite substante sau diferite tesuturi se face cu ajutorul analizei elementare. 5

Cercetarile privind compozitia elementara a materiei vii au evidentiat ca in alcatuirea organismelor vegetale si animale intra in primul rand urmatoarele 12 elemente.. C, H 0, N, S, P, Cl, Ca, Mg, K, Na, si Fe; ele intra in organism in proportie mare (macroelemente) si formeaza 99,0% din masa organismului, din care cauza se numesc si elemente plastice. In afara macroelementelor, in alcatuirea organismului vegetal si animal intra inca un numar mare de elemente chimice, in cantitate mica, sub 1% in total, numite oligoelemente sau microelemente. Dintre acestea trebuiesc mentionate Mo, Cu, Zn, Si, B, Mn, Co, As, F, Br, AI, etc. In organismul viu, aceste elemente chimice se gasesc sub forma diferitelor combinatii in: a) Apa; b) Cateva saruri minerale (cloruri, sulfati, azotati si fosfati de potasiu, calciu, sodiu si magneziu); c) Substante organice plastice (glucide, lipide, protide); d) Substante organice active (enzime sau fermenti, vitamine, hormoni, numerosi pigmenti); e) Produse intermediare si finale de metabolism (esente si rasini, alcaloizi, glicozizi, tanini, antibiotice).

Compozitia sumara a organismelor. Tesutul vegetal, ca si tesutul animal este format din apa, care uneori este continuta in cantitate foarte mare, si din materie uscata. Apa este un component nelipsit al organismului; continutul sau variaza insa cu natura, organul si cu varsta fiecarei specii vegetale sau rase animale. Apa apare in tesutul vegetal si animal in 3 forme si anume, ca apa care intra in constitutia chimica a compusilor organici (apa legata), ca apa care asigura starea coloidala a materiei vii protoplasmatice (apa absorbita) si ca apa libera (apa de imbibitie). Apa are in organism un rol multiplu si complex. Ea este dizolvant pentru numeroase substante, servind in acelasi timp si ca agent de transport al acestora in organism. Are rol chimic, provocand numeroase fenome de hidratare, de hidroliza, de oxido-reducere,de sinteza. Ser-veste la mentinerea presiunii osmotice si la reglarea concentratiei ionilor de hidrogen si de hidroxil in organism, constituind un factor important de legatura intre organism si mediu. Determinarea apei in diferite tesuturi sau organe se efectueaza in general prin incalzirea acestora la temperatura de 105oC, adica la o temperatura la care apa libera, ce imbiba tesutul, se poate evapora fara ca materia organica sa se altereze. Prin aceasta operatie , in unele cazuri se pierde insa , si mici cantitati din unele substante ale tesutului, care sunt volatile la aceasta temperatura sau care sunt antrenate de vaporii de apa; acesta fiind cazul uleiurilor eterice, amoniacului, etc. In afara de apa, organismele vii sunt constituite din materie uscata (substanta uscata). Se poate pune in evidenta prezenta substantelor organice si minerale din materia uscata prin incinerarea acesteia la o temperatura de circa 500oC. Prin ardere ea da nastere la substante volatile (C02, H2O, NH3) si la substante fixe (cenusa).

6

Materia vegetala si animala este deci formata din apa, substante minerale, a caror proportie este in general mica si din substante organice, care constitute principalele componente ale materiei vii. In figura urmatoare este data compozitia chimica generala a organismelor vii. apa (≈60%) Anorganice saruri minerale( 3 – 5%)

Compozitiaa chimica a organismelor

Rol plastic si energetic

protide lipide glucide

Rol catalitic

enzime

Rol informational

ARN + ADN enzime vitamine hormoni

Organice

Rol de reglare

B. SUBSTANTELE MINERALE ALE ORGANISMELOR Combinatiile minerale din organism apar mai ales in stare ionizabila, cum ar fi sarurile de sodiu, potasiu, magneziu, dar si sub forma greu solubila sau de combinatii complexe cu substante organice, de exemplu proteinele, care formeaza cu apa solutii coloidale, Originea substantelor minerale o gasim in apa, pentru organismele care traiesc in mediu acvatic, in sol si in sucul solului pentru plante, si in alimente pentru animale. Apa contine in mod obisnuit cantitati relativ mari de calciu si de magneziu sub forma de bicarbonati; ea contine cantitati apreciabile de sodiu, potasiu, fier si clor. De asemenea, ea aduce organismului si alte elemente, cum ar fi de exemplu iodul. Plantele absorb substantele minerale din solutiile apoase ale solului. La randul lor, plantele, care sunt consumate sub forma de alimente, introduc in organismul animal substantele minerale. Aportul in substante minerale adus de plante este mai mare decat acela adus de alimentele de origine animala; astfel, fructele si mai ales epiderma lor, ca si fainurile, sunt cu mult mai bogate in calciu, magneziu, fier , decat laptele sau carnea . Studiile au aratat ca necesitatile vegetalelor in substante minerale sunt practic aceleasi cu ale animalelor. Aceleasi elemente se dovedesc a fi indispensabile atat vietii plantelor cat si animalelor, inlocuirea unora dintre aceste elemente cu altele nefiind posibila decat in foarte mica masura.

7

SUBSTANTE ORGANICE PLASTICE ALE ORGANISMELOR

GLUCIDE (HIDRATI DE CARBON)

Glucidele, numite si zaharuri, sunt o clasa importanta de substante naturale care se intalnesc in toate organismele vii. Cu exceptia unor derivati azotati, glucidele sunt substante ternare , formate din C, H si O. Ele raspund formulei brute Cn(H2 O)n sau (CH 2O)n, din care cauza au primit si denumirea de hidrati de carbon.

Clasificarea glucidelor. Glucidele se impart in doua clase: oze si ozide, dupa caracterul de a se hidroliza.

Trioze Tetroze Zaharuri simple (Monozaharide)

{ eritroza riboza

Pentoze

Hexoze

Glucide

Oligozaharide

xiloza glucoza fructoza manoza zaharoza Dizaharide maltoza lactoza Trizaharide { rafinoza Tetrazaharide { stahioza

Zaharuri complexe (Holozide)

amidon glicogen celuloza

Glucani Polizaharide Fructani

8

{

inulina

0zele, sau monozaharidele, sau zaharurile simple, contin o singura unitate carbonilica (sunt deci nehidrolizabile). Dupa natura gruparii carbonil din molecula, se impart in aldoze si cetoze, iar dupa numarul atomilor de carbon se impart in trioze, tetroze, pentoze, hexoze, heptoze, octoze. 0zidele sunt glucide care pot fi hidrolizate sub actiunea enzimelor sau a acizilor diluati, cu formarea de monozaharide. Glucidele din clasa ozidelor se pot imparti in doua clase holozide si heterozide. Holozidele rezulta din condensarea a doua sau mai multe monozaharide. Dupa numarul moleculelor de monozaharide se pot clasifica in oligozaharide (oligozide) - care contin 2-4 molecule de monozaharide identice sau diferite intre ele, legate covalent, si polizaharide care contin un numar mare de unitati monozaharidice (de ordinul sutelor sau miilor), pe care le pot elibera prin hidroliza. Heterozidele sunt formate din monozaharide si componente neglucidice numite aglicon.

Monozaharide Monozaharidele sunt substante cu functiuni mixte, ce contin in molecula o grupare carbonil si mai multe grupari hidroxilice. In functie de natura gruparii carbonilice - aldehidica ( H − C = O ) sau cetonica ( > C = O), monozaharidele se impart in aldoze (ex. glucoza) si cetoze (ex. fructoza). Monozaharidele se pot obtine in natura prin biosinteze, in timpul procesului de fotosinteza si prin chimiosinteza. In industrie si in laborator ele se pot obtine prin hidroliza oligozaharidelor si polizaharidelor. De asemenea, se pot obtine prin extractie, din unele materii prime, cum ar fi glucoza – care se poate extrage din struguri, sau fructoza din mierea de albine. Monozaharidele pot fi privite ca derivati ai polialcoolilor din care se pot forma prin oxidare. Astfel, prin oxidarea glicerolului se pot obtine doua monozaharide - aldehida glicerica si dioxiacetona - care joaca un rol important in metabolismul celulei vii. In functie de gruparea carbonil, aldehida glicerica este o aldoza, sau mai exact o aldotrioza, lar dioxiacetona - o cetotrioza.

lzomeria monozaharidelor lzomerii sunt substante care au aceeasi compozitie, aceeasi formula moleculara, dar au proprietati fizice si chimice diferite determinate de structura moleculara diferita. Monoglucidele sunt compusi care formeaza mai multe tipuri de izomeri. Izomeri datorita gruparii carbonilice. Incepand de la trioze, se intalnesc in cadrul aceleiasi grupe de monoglucide, 4 aldoze si cetoze care se deosebesc unele de altele prin gruparea carbonilica. In cazul triozelor se mentioneaza aldehida glicerica si dihidroxiacetona, iar in cazul hexozelor glucoza si fructoza.

9

Acest tip de izomerie se numeste izomerie de compensatie functionala, izomerii fiind determinati de natura gruparii carbonilice. Proprietatile fizico-chimice ale aldozelor si cetozelor din aceeasi clasa sunt mult diferite. Izomeri datorita pozitiei gruparilor hidroxilice secundare din catena carbonica a monoglucidelor (izomerie stereochimica sau stereoizomerie). In conformitate cu legea van't Hoff (1874), numarul stereoizomerilor posibili este dat de formula Z=2n, in care Z reprezinta numarul stereoizomerilor, iar “n” numarul atomilor de carbon asimetrici din molecula monoglucidei. Triozele au un atom de carbon asimetric, tetrozele doi, pentozele trei, hexozele patru, etc. Deci, triozele pot forma numai 2 izomeri sterici, tetrozele 4 izomeri, pentozele 8, iar hexozele 16 izomeri sterici. In cazul monoglucidelor care au mai multi atomi de carbon asimetrici, dupa pozitia penultimului hidroxil din molecula monoglucidei se determina forma structurala dextrogira (D) - cand gruparea hidroxilica este de partea dreapta a catenei carbonice si levogira (L) - cand gruparea hidroxil de la penultimul atom de carbon este in partea stanga a catenei. Astfel, in cazul pentozelor, din cei 8 izomeri sterici, 4 vor fi levogiri (L) si 4 vor fi dextrogiri (D); in cazul hexozelor - 8 izomeri vor fi (D) si 8 izomeri vor fi (L). Dintre stereoizomerii formati, doi cate doi sunt enantiomeri – unul din ei reprezinta imaginea in oglinda a celuilalt. Izomeri datorita activitatii optice. Monozaharidele avand in molecula atomi de carbon asimetrici prezinta activitate optica. Ele rotese planul lumiii polarizate spre dreapta sau spre stanga. Monozaharidele care in solutie rotesc planul luminii polarizate spre dreapta sunt optic dextrogire si se noteaza cu plus (+), iar cele care rotesc lumina polarizata spre stanga sunt optic levogire si se noteaza cu minus (-). Numarul izomerilor optici este determinat de numarul atomilor de carbon asimetrici din molecula si se stabilesc tot cu ajutorul legii lui van't Hoff, Z=2n , in care "n” reprezinta atomii de carbon asimetrici. Amestecul in parti egale, din enantiomerul dextrogir si cel levogir al aceleiasi substante se numeste amestec racemic (racemat) si se noteaza cu semnul (±) sau (dl). Amestecul racemic este optic inactiv prin compensatie. Izomeri datorita structurii moleculare. Monozaharidele cu mai mult de patru atomi de carbon in molecula prezinta doua structuri moleculare: aciclica (foarte putin reprezentata in natura si ciclica sau semiacetalica (se formeaza intre gruparea carbonilica - C1 aldozic sau C2 cetozic – si o grupare alcoolica din interiorul moleculei. Aparitia acestor izomeri conduce la: - existenta a 2 forme cristalografice ale glucozei, nu prea stabile αβ; - existenta fenomenului de mutarotatie; in solutii apoase monozaharidele formeaza 2 izomeri optici diferiti, care prezinta unghiuri diferite de deviere a planului luminii polarizate , transformandu-se unul in altul pana la formarea unui echilibru. Fenomenul de mutarotatie se intalneste la o serie de hexoze si pentoze, precum si la unele dizaharide. Formele ciclice ale monozaharidelor se formeaza prin reactia de aditie intramoleculara intre gruparea carbonilica (aldehidica sau cetonica) si o grupare hidroxilica de la C4, C-5, C-6, apartinand aceleiasi molecule, cu formarea unui ciclu stabil. Ciclul format din 4 atomi de carbon si unul de oxigen se numeste ciclu furanic. lar eel format din 5 atomi de carbon si unul de oxigen se numeste ciclu piranic. Glucoza 10

care contine ciclul furanic se va numi glucofuranoza, iar cea care, contine ciclul piranic se va numi glucopiranoza. In mod similar cu glucoza, se formeaza si se denumesc si celelalte monozaharide. In solutiile monozaharidelor se stabileste un echilibru intre forma structurala aciclica si diferitele forme structurale ciclice. Izomerie dalorita hidroxilului semiacetalic. Dupa pozitia hidroxilului semiacetalic din molecula monozaharideior ciclice, se cunosc doi stereoizomeri, care se gasese, de obicei, in echilibru in solutie. Cand hidroxilu1 semiacetalic se gaseste in partea dreapta a catenei carbonice se obtine izomerul α, iar cand hidroxilul semiacetalic se gaseste in partea stanga se obtine izomerul β Trecerea izomerilor α in izomeri β se face prin intermediul formei carbonilice. Trransformarea unui izomer α, in izomer β, poarta denumirea de anomerie. Intre izomerii ciclici (α si β) si forma aciclica se stabileste un echilibru. In timpul transformarii reciproce a celor doi izomeri (anomerilor), se produce o modificare a valorii unghiului de rotatie, pana la stabilirea unui echilibru. Deci, are loc fenomenul de mutarotatie. Izomeria geometrica. (epimeria) Pe cale experimentala s-a constatat ca, sub actiunea solutiilor diluate a hidroxizilor alcalini sau a bazelor slabe, la temperatura camerei, se produce o izomerizare a monozaharidelor epimere. Se numesc epimere, monozaharidele care se deosebesc intre ele prin configuratia unui singur atom de carbon din molecula. Astfel D-glucoza si D-manoza sunt epimere in raport cu C-2; D-glucoza si D--galactoza in raport eu atomul de carbon C-4. Hexoze epimere sunt de asemenea D-glucoza, D-manoza si D-fructoza, care in mediu bazic se transforma reciproc una in alt Proprietatile fizice ale monozaharidelor Monozaharidele sunt substante solide, cristalizate, inodore, solubile in solventi polari datorita numarului mare de grupari -OH din molecula; greu solubile in alcool, insolubile in solventi organici ca eter etilic, cloroform, eter de petrol. Au gust dulce, iar prin incalzire se topesc si se caramelizeaza. Solutiile monozaharidelor sunt incolore, prezinta activitate optica si proaspat preparate prezinta fenomenul de mutarotatie. Date comparative asupra intensitatii gustului dulce al diferitelor monozaharide si derivatilor lor sunt prezentate mai jos (gustul zaharozei s-a ales drept referinta). zabaroza ……….… 100 fructoza…………... 175 zahar invertit...…….130 glucoza……………. 74 sorbitolul………… 48 xiloza………………. 40

maltoza ...... ……. 32 ramnoza………... 32 galactoza ..... …… 32 rafinoza ........ …… 23 lactoza.......... …… 16

Proprietatile chimice ale monozaharidelor Prezenta gruparilor functionale >C = 0 , - CHO si - OH in molecula monozaharidelor le confera o reactivitate chimica deosebita, exprimata in multitudinea de reactii pe care le prezinta. 11

Reactii de reducere. Prin hidrogenarea monozaharidelor la nivelul gruparii carbonilice, in prezenta de catalizatori (Pt, Pd, Ni, etc.) sau cu amalgam de sodiu, se obtin polialcooli numiti si polioli. Din D-glucoza, prin reducere cu hidrogen, in prezenta amalgamului de sodiu, se obtine D-sorbitolul. In mod similar D-fructoza, in functie de conditiile de reactie, formeaza prin reducere, doi hexoli: D-sorbitolul si D-manitolul. Reactia de oxidare. Monozaharidele , datorita prezentei in molecula a gruparilor carbonilice libere sau mascate (sub forma de hidroxili semiacetalici), manifesta un pronuntat caracter reducator. Produsii de oxidare care se obtin din glucide depind de natura oxidantului si a mediului de reactie. Daca oxidarea se produce la C-1 aldehidic (oxidare blanda) se formeaza acizi aldonici; cand se protejeaza gruparea aldehidica si se oxideaza gruparea de la C - 6 (oxidare protejata) rezulta acizi uronici; iar daca oxidarea are loc atat la C - 1 cat si la C 6 (oxidare energetica), se formeaza acizi zaharici. In cazul oxidarii protejate, se formeaza acizii uronici, care sunt larg raspanditi in natura si au un rol biochimic important. Contribuie la detoxificarea organismelor animale de substante aromatice toxice, ajuta la transportul unor hormoni, contribuie la formarea unor poliglucide cu rol important in organism, in special in membrana celulara. Acizii uronici existenti in plante intra in constitutia substantelor pectice, a unor gume vegetale si a unor polizaharide complexe - poliuronoide. Componentul de baza al acestor polizaharide este acidul gaalacturonic care se formeaza prin oxidarea galactozei. Oxidarea monozaharidelor cu unii oxidanti slabi, de exemplu cu solutii alcaline ale oxizilor unor metale (cupru sau bismut) se foloseste pe larg pentru dozarea glucidelor. In aceasta reactie, monozaharidul se transforma in acid aldonic, iar metalul se reduce; in cazul cuprului, se formeaza, de exemplu oxid cupros a carui cantitate se stabileste cu ajutorul unor tabele speciale. In functie de oxidul cupros format, se determina cantitatea de monozaharid existenta in solutie. Aceasta reactie se datoreste oxidrilului semiacetalic si ca urmare este intalnita numai la zaharurile care au acest oxidril liber, adica sunt direct reducatoare. Reactii de aditie si condensare. Monozaharidele reactioneaza la nivelul gruparii carbonilice cu hidroxilamina, acidul cianhidric, ureea, mercaptanii, hidrocarburile aromate, etc., dand produsi de condensare. Reactii de eterificare. Monozaharidele reactioneaza cu alcoolii, fenolii, sau alte substante, la nivelul hidroxilului semiacetalic, formand eteri numiti glicozide. Glicozidele sunt substante extrem de numeroase, larg raspandite in regnul vegetal. Introduse in organismele animale, au efect fiziologic important, multe dintre ele fiind intrebuintate ca medicamente. Glicozizii care provin de la glucoza se numesc glucozizi; cei derivati de la galactoza se numesc galactozizi; de la fructoza – fructozizi, etc. Dupa natura agliconului, glicozizii se impart in glicozizi alcoolici, fenolici, chinonici, cianogenetici, indolici, alcaloidici, ureidici, tioglicozizi, etc. Unele plante de nutret contin glicozizi cianogenetici. Cand astfel de plante sunt pascute sau mancate de vite, imediat dupa cosire, vitele se intoxica din cauza acidului cianhidric (HCN) ce ia nastere prin hidroliza enzimatica a glicozidului. Prin uscarea prelabila a nutreturilor de acest fel, acidul cianhidric format se elimina, astfel incat nutretul nu mai este toxic. Reactii de esterificare. Toate gruparile hidroxilice ale monozaharidelor se pot esterifica cu acizii organici si anorganici.

12

Monozaharidele pot reactiona cu acizii anorganici (H3PO4 , HNO3 , H2SO4 ,etc) sau cu derivatii lor, formand esteri. Cei mai importanti din punct de vedere biochimic si fiziologic sunt esterii fosforici, care au rol insemnat in metabolismul glucidelor si a altor substante: Prin tratarea monozaharidelor cu acizi organici concentrati si in special cu anhidridele lor, se obtin esteri organici. Prin tratarea D – glucopiranozei cu anhidrida acetica, se obtine pentaacetatul de D – glucopiranoza. In unele plante, se gasesc in cantitate mai mare esteri ai glucozei cu acizi fenolici, ca de exemplu acidul galic, care formeaza componentii principali ai taninurilor. Formarea dezoxiglucidelor. Prin eliminarea unei grupari hidroxilice din molecula monoglucidelor si inlocuirea acesteia cu hidrogen, se formeaza dezoxiglucide. Daca se elimina hidroxilul de la C-6 al glucozei, se obtine izoramnoza. Dintre dezoxiglucide, cea mai importanta este 2 – Dezoxiriboza. Ea intra in constitutia acizilor dezoxiribonucleici. MONOZAHARIDE NATURALE Monozaharide naturale mai importante. Triozele - importante in metabolism si in unele procese fermentative. Nu se gasesc libere in natura, ci numai sub forma de esteri fosforici. Tetrozele - se gasesc in natura numai ca produsi intermediari sub forma de esteri fosforici in procesul de fotosinteza , in ciclul pentozfosfatilor, in degradarea monoglucidelor. Pentozele si hexozele sunt foarte raspandite, luand parte la formarea unui mare numar de substante naturale ca: zaharul, amidonul, celuloza, glicogenul, materiile pectice, gumele naturale, glicozizii, etc, Pentozele apar in natura mai ales in regnul vegetal sub forma de polizaharide (pentozani), glicozizi sau esteri, iar in stare libera numai in foarte rare cazuri. Pentozele nu sunt sintetizate direct de catre plante, ci iau nastere mai ales prin degradarea hexozelor sau a derivatilor acestora. Spre deosebire de hexoze, pentozele se caracterizeaza printr-o mare stabilitate fiziologica; ele nu fermenteaza si nu sunt transformate si utilizate in organismul animal cand sunt ingerate ca alimente, ci sunt eliminate ca atare prin urina (pentozurie). Pentozele au rol important in formarea peretilor celulari (D-xiloza, L-arabinoza) si a acizilor nucleici (D-riboza, Ddezoxiriboza). L (+) –arabinoza se gaseste in natura mai ales sub forma de polizaharide numite arabani, care se gasesc in cantitate mare in hemiceluloze, materii pectice, gume si mucilagii vegetale, borhotul de sfecla, taratele cerealelor, paie, coceni, etc. Se poate obtine prin hidroliza acida a cleiului de visin sau a borhotului de sfecla. Nu este fermentata de drojdii. In stare libera, arabinoza se gaseste, in cantitate mica, in sucurile fructelor, in lemnul coniferelor, in familia Liliaceae. Arabinoza formeaza, foarte greu, eteri la nivelul hidroxilului semiacetalic. D-arabinoza apare rar in natura, mai frecvent in constitutia unor glicozide si a polizaharidelor din bacilul tuberculozei. D (+) - xiloza, ca si arabinoza, se gaseste in natura sub forma de polizaharide numite xilani, care se gesesc in membranele celulare, in cojile semintelor, in paie, in cocenii de porumb, etc. Xiloza insoteste celuloza in lemn. Se formeaza in natura usor, prin decarboxilarea acidului glucuronic. Este o substanta dulce, dextrogira, usor solubila in apa. In natura predomina sub forma piranozica. Pentru industria produselor zaharoase se poate obtine xiloza in cantitati suficient de mari prin hidroliza cocenilor de porumb (aproximativ 12%). Xiloza nu este fermentata 13

de drojdiile tipice. Pe solutiile de xiloza obtinute prin hidroliza acida a rumegusului, paielor sau cocenilor, cresc si se dezvolta foarte bine drojdiile din genul Candida, care dau un nutret bogat in proteine si vitamine. Prin reducerea xilozei, se obtine xilitolul care este de doua ori mai dulce decat zaharoza si nu este asimilat de organismul omului. Datorita acestui fapt, xilitolul se foloseste in locul zaharului pentru indulcirea produselor destinate diabeticilor si obezilor. D (-) – riboza si 2-dezoxi – D (-) – riboza sunt pentoze de mare importanta biologica. Ele intra in constitutia acizilor nucleici din celulele vii, in unele coenzime si vitamine. In stare libera se gasesc sub forma piranozica, iar in acizii nucleici sub forma furanozica. Se gasesc in toate celulele vegetale si animale. Hexozele sunt monozaharidele cele mai raspandite in natura si cele mai bine studiate din punct de vedere biochimic. Unele (glucoza, fructoza) se gasesc in stare libera, altele (manoza, galactoza) intra in alcatuirea unor polizaharide si a unor glicozizi sau apar ca produsi de hidroliza ai acestora. Hexozele se formeaza in plante si sunt substante de baza pentru sinteza altor zaharuri si compusi derivati. In natura se intalnesc trei aldohexoze (glucoza, manoza , galactoza) si doua cetohexoze (fructoza, sorboza). Toate hexozele sunt reducatoare si fermentescibile. D (+) – glucoza se mai numeste si dextroza sau zahar de struguri. Numirea de dextroza provine de la activitatea optica dextrogira. Glucoza a fost extrasa pentru prima data din struguri, de aceea se mai numeste si zahar de struguri. In struguri, glucoza se gaseste in amestec cu fructoza, cu un continut de aproximativ 200 g/l must. Glucoza se gaseste in ierburi , in raport de aproximativ 1 : 1 cu fructoza, avand o concentratie de 1 – 3%. Glucoza este cel mai important monozaharid pentru biochimia celulei. Este sintetizata in plante din CO2 si H2O , in procesul de fotosinteza. Glucoza este cel mai important si mai raspandit monozaharid din regnul vegetal si animal. Se gaseste atat in stare libera (in fructe dulci, flori, miere, sange, in toate organele plantelor) cat si sub forma de dizaharide (zaharoza, celobioza,maltoza, lactoza) sau polizaharide (amidon, celuloza, glicogen). In mierea de albine, glucoza se gaseste in amestec cu fructoza, in raport de 1:1. Glucoza si fructoza sunt principalele monozaharide care formeaza in plante “zaharul liber reducator”. Aceste doua monozaharide impreuna cu zaharoza formeaza “zaharul total liber”. Acest zahar are un rol insemnat in conservarea produselor vegetale, a ierburilor si a legumelor. Zaharul total liber fermenteaza cu usurinta si stimuleaza dezvoltarea microorganismelor, care produc fermentatia lactica. Zaharul total liber se extrage cu usurinta din produsele vegetale, cu alcool etilic 80%, separandu-se astfel de glucidele neconstitutive (amidon, fructozani), precum si de cele cu rol consitutiv (celuloza, hemiceluloza, etc.). Glucoza este o susbtanta alba, cristalina, solubila in apa, greu solubila in alcool si insolubila in eter, cloroform si alti solventi organici. Este optic dextrogira si prezinta fenomenul de mutarotatie. Este mai putin dulce decat fructoza. Glucoza se obtine in cantitati mari prin hidroliza acida sau enzimatica a amidonului de cartofi sau porumb, etc. Are numeroase utilizari in industria alimentara, medicina, etc., fermenteaza usor sub actiunea drojdiilor si a altor microorganisme. Este usor metabolizata de organism, fiind un compus energetic important, indispensabil vietii. D (+) – manoza este o aldohexoza, care se gaseste predominant in natura, sub forma de polizaharide, numite manani. Acestia se gasesc in cantitate mai mare in nucile de cocos, in semintele de lucerna si in semintele unor palmieri, precum si in hemiceluloze, gume si mucilagii vegetale. In stare libera, se gaseste in coaja portocalelor si in sucul pepenilor galbeni. Sub diferite 14

forme, manoza se intalneste si la animale si microorganisme. Prin reducere, manoza se transforma in alcoolul hexavalent numit manitol (manita), care uneori apare in vinuri, in urma unor procese biochimice nedorite, daunand calitatii vinului. D (+) – galactoza se gaseste libera foarte rar in natura, dar frecvent in combinatii, mai ales sub forma de glicozide. Galactoza se gaseste sub forma de dizaharide (lactoza, melibioza), trizaharide (rafinoza), polizaharide – galacto-manani, in semintele unor plante, sau galactani in gume si mucilagii vegetale, substante pectice, agar-agar, in numeroase alge si in peretii celulari. In organismele animalelor se gaseste in creier, contribuind la formarea unor lipide complexe. Galactoza cristalizeaza usor atat in solutiile apoase, cit si in cele alcoolice. D (-) – fructoza se mai numeste si levuloza, datorita activitatii optice levogire (-92o), sau zahar de fructe. Este cea mai raspandita cetohexoza. In natura, se gaseste in stare libera, mai ales in amestec cu glucoza, in proportii variabile, in fructe dulci, miere, struguri, cicoare, cat si sub forma de dizaharide (zaharoza), trizaharide (rafinoza), sau polizaharide nereducatoare (inulina din napi, dalii, bulbi, etc.). Fructoza se gaseste in diferiti compusi, de obicei, sub forma furanozica, iar in stare libera apare sub forma piranozica. In mediu alcalin, fructoza reactioneaza sub forma carbonilica, iar in mediu acid si neutru sub forma semiacetalica. Fructoza este cel mai dulce monozaharid. In organism se transforma greu in glucoza. Drojdiile fermenteaza fructoza transformand-o in alcool si CO2 . L (-) – sorboza este o cetohexoza de mai mica importanta. Se gaseste in fructele de sorg, in sucul de scoruse fermentat de catre bacterii. Rezulta prin oxidarea sorbitolului de catre unele bacterii. Sorboza are o deosebita importanta in obtinerea vitaminelor, ca intermediar principal in sinteza vitaminei C (acidul ascorbic). OLIGOZAHARIDE Oligozaharidele sunt compusi glucidici rezultati prin condensarea a doua sau a mai multor monozaharide (maximum 10). Legatura stabilita intre monozaharide este de natura glicozidica, dupa schema: R-OH + HO-R1 ------> R-O-R1 + H2O Numele de oligozaharide provine de la cuvantul grecesc oligos , care inseamna putin. Denumirea se refera la numarul mic de resturi de monozaharide care contribuie la formarea oligozaharidelor. Oligozaharidele sunt substante care se gasesc in natura atat in stare libera, cat si sub forma de glicozizi. Ele se caracterizeaza printr-o masa moleculara relativ mica, se solubilizeaza bine in apa, cristalizeaza usor si de regula, au gust dulce. Solutiile lor sunt optic active. Monozaharidele care intra in constitutia oligozaharidelor pot fi identice sau diferite. Ele se gasesc sub forma piranozica si mai rar furanozica. Pot aparea sub forma de izomeri α si β, iar legatura dintre monozaharide poate fi α - sau β - glicozidica. Prin hidroliza cu acizi sau sub actiunea enzimelor, oligozaharidele se descompun in monozaharidele componente. Clasificarea oligozaharidelor Dupa caracterul chimic oligozaharidele se clasifica in: 15

- oligozaharide reducatoare - oligozaharide nereducatoare Oligozaharide reducatoare se formeaza prin eliminarea unei molecule de apa dintre hidroxilul semiacetalic al unei monozaharide si hidroxilul nesemiacetalic al altei monozaharide. Oligozaharida obtinuta este reducatoare deoarece are un hidroxil semiacetalic liber, provenit de la ultimul rest de monozaharida. Oligozaharidele reducatoare se numesc oligozaharide de tip maltozic. Legatura de tip maltozic se mai numeste legatura monocarbonilica, deoarece la formarea sa contribuie o singura grupare carbonilica. Din aceasta grupa de oligozaharide face parte maltoza, celobioza, lactoza, melobioza, gentiobioza, rutinoza. Oligozaharide nereducatoare. Se formeaza prin eliminarea moleculelor de apa dintre hidroxilii semiacetalici ai monozaharidelor constituiente. Ele nu au caracter reducator, deoarece nu au nici un fel de hidroxil semiacetalic liber.. Oligozaharidele nereducatoare se mai numesc oligozaharide de tip trehalozic. Legatura glicozidica a oligozaharidelor nereducatoare se mai numeste si legatura dicarbonilica, deoarece provine din doua grupari carbonilice. Dintre oligozaharidele nereducatoare fac parte zaharoza, trehaloza, etc. Dupa structura lor, oligozaharidele pot fi: dizaharide, trizaharide, tetrazaharide, etc. Oligozaharide naturale importante Dizaharide. Dizaharidele sunt cele mai importante si mai raspandite oligozaharide. Predomina in regnul vegetal, dar se intalnesc si in regnul animal. Moleculele unei dizaharide pot contine doua resturi de hexoze, doua de pentoze sau un rest de hexoza si unul de pentoza. Legarea celor doua molecule de monozaharide are loc pe seama hidroxilului glicozidic al uneia din ele si una din gruparile hidroxilice ale celeilalte molecule. Diferitele dizaharide pot fi constituite din una si aceeasi monozaharida: glucoza glucoza glucoza glucoza glucoza glucoza. maltoza + H2OH

trehaloza +

celobioza +

H2OH

H2OH

Se observa ca maltoza, trehaloza si celobioza sunt constituite numai din molecule de glucoza. Deosebirea dintre proprietatile acestor trei dizaharide se explica prin faptul ca in structura lor intra izomeri diferiti ai glucozei, iar acestia se combina in diferite moduri intre ei. Dizaharide reducatoare Maltoza este o dizaharida reducatoare, formata din doua molecule de αglucoza piranozica, legate monocarbonilic intre atomii C(1) al primei glucoze si C(4) al celei de a doua glucoza (legatura 1,4-α-glicozidica). Maltoza se gaseste in semintele cerealelor in curs de germinare provenind in mare parte in urma hidrolizei amidonului. In cantitate mai mare se afla in orzul incoltit si din aceasta cauza se mai numeste si zahar de malt sau cerealoza. Se intalneste frecvent in faina cerealelor. Maltoza este unitatea structurala a glicogenului si amidonului. Apare de obicei prin 16

degradarea hidrolitica a amidonului sau glicogenului, sub actiunea enzimelor α- si β-amilaza. Este o substanta alba, cristalina, usor solubila in apa cu p.t. +208oC. Fermenteaza usor. Sub actiunea enzimei - maltaza - (care se afla in orzul incoltit) hidrolizeaza si formeaza doua molecule de α-Dglucopiranoza. Celobioza rezulta din doua molecule de glucoza piranozica, prin eliminarea unei molecule de apa dintre oxidrilul semiacetalic de la atomul C(1) al primei glucoze si oxidrilul alcoolic de la atomul C(4) de la cea de a doua molecula de glucoza. Legatura este monocarbonilica, iar celobioza este o glucoza-β-glucozid cu urmatoarea structura: Celobioza nu se gaseste in stare libera; ea intra in structura celulozei, iar prin actiunea hidrolitica a enzimei celulaza, celuloza este scindata pana la celobioza. Lactoza este o dizaharida formata dintr-o molecula de galactoza si una de glucoza, legatura este monocarbonilica si se face intre atomii C(1) al β-galactozei piranozice si C(4) al α-glucozei piranozice Deci lactoza este un α-glucoza-β-galactozid. Prin oxidare se formeaza intai acidul zaharic din molecula de glucoza si apoi acidul mucic din molecula de galactoza. Sub actiunea enzimei lactaza, lactoza este scindata hidrolitic in cele doua monozaharide componente. Lactoza se gaseste in laptele tuturor mamiferelor , in proportie de 2-6%, in functie de natura speciei. In cantitate mica, s-a identificat in polenul unor flori (Forsitia) si in unele fructe tropicale. Este o dizaharida care fermenteaza greu. Sub actiunea bacteriilor lactice, se transforma in acid lactic; acest fenomen are loc la fabricarea produselor lactate acide. Este o substanta solida, cu gust dulce, solubila in apa si insolubila in alcool. Se obtine , in cantitate mare, din zerul concentrat obtinut in procesul de obtinere a branzeturilor, prin tratarea cu alcool metilic. Lactoza este substanta care da gustul dulce laptelui si din aceasta cauza se mai numeste si zahar de lapte. Se foloseste in industria farmaceutica la prepararea unor comprimate si la prepararea unor alimente nutritive pentru copii. Dizaharide nereducatoare Zaharoza este o dizaharida cu 5 rol foarte important, fiind un aliment de baza in nutritia omului,. Ea se numeste si zahar de trestie sau zahar de sfecla. Termenul vechi este de sucroza.. In molecula zaharozei intra o molecula de α-glucoza piranozica si o molecula de βfructoza furanozica unite printr-o legatura dicarbonilica. Zaharoza este un α-glucozid-β-fructozid. Zaharoza este cea mai raspandita dizaharida naturala. In cantitate mica se gaseste in toate plantele alaturi de monozaharide. In cantitate mare se afla in sfecla de zahar (812%) si in trestia de zahar (18-20%). Din acestea zaharoza se extrage pe cale industriala. In cantitate relativ insemnata se gaseste, de asemenea, in sorgul zaharat si in tulpinile de porumb. In ierburi se afla intr-o proportie de 2-8%. Zaharoza este o substanta solida, cristalina, solubila in apa si insolubila in solventi organici, cu punct de topire la + 183oC. In solutie prezinta activitate optica dextrogira ([α]D20 = + 66,5o). Prin hidroliza enzimatica, sub actiunea zaharazei, denumita si invertaza, zaharoza (zahar dextrogir) formeaza un amestec echimolecular de fructoza levogira si glucoza dextrogira .Acest proces de hidroliza a zaharozei poarta si numele de invertirea zaharului (inversiunea zaharului), iar amestecul echimolecular de glucoza si fructoza formeaza zaharul invertit. Zaharul invertit este, alaturi de zaharoza, principalul constituient al mierii, gustul puternic dulce al acesteia fiind dat de fructoza..

17

POLIZAHARIDE Polizaharidele sau glicanii sunt compusi constituiti dintr-un numar foarte mare de monozaharide legate glicozidic intre ele. Prin hidroliza chimica sau enzimatica are loc treptat desfacerea acestor compusi macromoleculari, formandu-se produsi intermediari cu grad de polimerizare din ce in ce mai mic, iar in final, se formeaza monozaharide sau derivati ai acestora. Polizaharidele se gasesc in natura atat in regnul vegetal, unde predomina, cat si in cel animal. Ele au un rol fiziologic important. In organismele vegetale ele servesc fie ca substante de rezerva (amidon, inulina, glicogen), fie ca substante de sustinere (celuloza, hemiceluloza, chinina, etc.). Polizaharidele reprezinta insemnate materii prime pentru industria usoara si pentru industria alimentara. Polizaharidele sunt substante solide, cristaline, cu aspect amorf. Se prezinta sub forma de pulberi albe, insolubile sau greu solubile in apa. Polizaharidele solubile formeaza solutii coloidale.

Clasificarea polizaharidelor Polizaharidele se clasifica in: - homopolizaharide – produsi de policondensare a unui singur tip de unitate structurala; - heteropolizaharide – produsi de policondensare a mai multor tipuri de unitati structurale. In schema care urmeaza, fiecare din aceste subdiviziuni se impart in mai multe grupe in functie de monozaharidul participant. amidon glucani celuloza glicogen hexozani fructani inulina manani galactani omogene (oze identice) xilani pentozani arabani Polizaharide fara acizi uronici neomogene (oze diferite)

cu acizi uronici

hemiceluloze gume substante pectice, etc.

Proprietati generale. Polizaharidele sunt substante solide, cristaline, cu aspect amorf, insolubile sau greu solubile in apa, prezinta activitate optica, hidrolizeaza in mediu acid sau sub actiunea enzimelor, formand produsi intermediari din ce in ce mai mici si cu putere reducatoare din ce in ce mai mare. 18

Homopolizaharide Cele mai raspandite si mai importante homopolizaharide sunt cele in structura carora participa hexozele . Unele sunt de natura vegetala, iar altele de natura animala. O importanta deosebita o prezinta polizaharidele formate numai din glucoza si care sunt denumite, in general, glucani sau glucozani. Din aceasta clasa fac parte amidonul, glicogenul si celuloza. Amidonul este cea mai importanta materie de rezerva din regnul vegetal si cea mai importanta sursa hidrocarbonata a omului si animalelor. In cantitate mai mare se gaseste raspandit in tuberculi (cartofi 13-25%), seminte (cereale 50-70%, leguminoase 40-45%) si chiar in partile lemnoase ale plantelor; formand granule rotunde, ovale, poliedrice, stratificate, a caror forma si marime difera cu natura speciei sau tesutului. Granulele de amidon au diametrul de 4-6μ si sunt constituite din straturi asezate concentric in jurul unui nucleu, vizibile la microscop. Aceste granule prezinta fenomenul de birefringenta, iar spectrele radiatiilor Roentgen arata starea cristalina. Amidonul se formeaza in plante prin polimerizarea glucozei care rezulta in urma sintezei clorofiliene din CO2 si H2O. In stare pura, amidonul se prezinta ca o pulbere alba, care dupa uscare este higroscopica, practic insolubila in apa rece. La cald formeaza solutii vascoase, coloide, care atunci cand sunt concentrate si racite formeaza un gel, numit coca de amidon sau clei de amidon, granulele de amidon absorbind deci apa. Imbibarea cu apa are loc la o anumita temparatura (temperatura de gelatinizare), cuprinsa intre 60-80oC. Prin degradare partiala, da nastere unui produs solubil in apa, numit amidon solubil. Granulele de amidon sunt constituite din doua componente, amiloza si amilopectina, care se deosebesc prin proprietatile lor fizice si chimice. Prin hidroliza menajata, blanda, degradarea amidonului are loc progresiv, obtinandu-se fractiuni ale moleculei din ce in ce mai mici, numite dextrine, ce se pot obtine si izola cand limitam actiunea hidrolitica la o anumita durata. Degradarea amidonului are loc si sub actiunea enzimelor. Amidonul este o substanta de rezerva, care prin degradare enzimatica este mobilizat in interiorul organismului vegetal sau animal si transportat sub forma de produse de degradare spre diferite organe, unde servesc la sinteza altor substante. Datorita proprietatilor sale hidrocoloidale amidonul este utilizat in industria alimentara si ca aditiv de legare , ingrosare si stabilizare la obtinerea sosurilor, supelor –crema, dressingurilor pentru salate, alimentelor pentru copii, inghetatei . Glicogenul reprezinta forma de depozitare a excesului de hidrati de carbon. In organismul animal, rezerve semnificative de glicogen se gasesc in muschi, si in ficat. Cantitati mici de glicogen se gasesc in toate tesuturile, inclusiv in creier. El a fost identificat si in organismul vegetal si anume in alge, ciuperci, drojdii, bacterii si chiar in unele plante superioare, cum este porumbul zaharat. In organism glicogenul este hidrolizat la glucoza; si glucoza poate trece insa in glicogen, adica glicogen + H2O glucoza. Acest echilibru este mentinut in organismul animal de actiunea antagonista a doi hormoni (adrenalina si insulina). Celuloza formeaza invelisul celular al tesuturilor vegetale; este cea mai raspandita substanta organica si apare in cantitatea cea mai mare in natura; apare rar in organismul animal formand carapacea unor animale marine. In partile lemnoase ale organismelor vegetale, celuloza apare in proportie de 45-60%. In plantele inferioare celuloza apare in cantitate mica, mai frecvent in ciuperci si in alge. 19

Este insotita si de alte polizaharide, ca hemiceluloze, materii pectice, precum si de lignine, lipide, rasini, materii tanante, pigmenti, materii proteice, saruri minerale, etc., numite substante incrustate. In stare pura celuloza este o substanta alba, cu aspect amorf, fara gust si fara miros. Aproape pura se gaseste in fibrele de bumbac si de in, in maduva de soc si hartia de Celuloza nu este descompusa in tractul digestiv al omului. Ea este degadata numai de ierbivore, in al caror rumen si intestin se gasesc bacterii care hidrolizeaza celuloza cu ajutorul enzimelor (celulaze) pe care le contin. Celuloza este un component al tuturor materiilor prime vegetale utilizate in industria alimentara, de unde ajunge prin prelucrare tehnologica, in cantitati variabile, in majoritatea alimentelor . Desi nu este metabolizata de organismul omului si deci nu are valoare nutritiva, celuloza este o componenta alimentara utila datorita rolului pozitiv pe care-l are in fiziologia gastrointestinala (intensifica peristaltismul, tranzitul intestinal, favorizeaza eliminarea substantelor toxice, etc.). Inulina este cel mai important si cel mai studiat dintre fructani. Se gaseste ca substanta de rezerva in napi, dalie, gerghine, cicoare, indeosebi in tuberculii acetor plante, dar si in tulpinile si in organele suculente ale acestora. Se dizolva greu in apa la rece, este insa usor solubi la cald. Plantele care contin inulina se folosesc pentru obtinerea fructozei , care este utilizata ca substanta de indulcire in industria alimentara. Deoarece toti fructanii, printre care si inulina, se hidrolizeaza foarte usor cu ajutorul acizilor, obtinerea fructozei din materii prime bogate in inulina se realizeaza pe calea hidrolizei acide. Mananii sunt polizaharide de origine vegetala, care se gasesc raspanditi in lemnul coniferelor, in cojile dure ale unor seminte, in ciupercile pigmentate de tipul drojdiei, in unele bacterii. Galactanii sunt raspanditi in organismul vegetal in ciuperci si microorganisme . Galactanii se gasesc in cantitate mai mare in substante pectice, gume si mucilagii, in membranele celulelor vegetale, etc. Galactoza este componentul principal. Cel mai raspandit galactan este agar-agar sau geloza , care se extrage din algele rosii ce traiesc in Oceanul Indian si in Marile Chinei . Are o structura moleculara asemanatoare amidonului. Este format din doi componenti: agaroza si agaro-pectina. Agar-agarul este folosit ca materie de baza in mediile de cultura, in industria alimentara pentru obtinerea diferitelor jeleuri, paste, gemuri, a ciocolatei, inghetatei. Are proprietatea de a se transforma in gel chiar in solutii foarte diluate de 1%. Pentozanii. Dintre pentozani cei mai importanti sunt arabanii si xilanii. Arabanii sunt polizaharide care intra in amestecuri in alcatuirea hemicelulozelor, a materiilor pectice si a gumelor vegetale., deci in constitutia unor polizaharide neomogene. Se pot izola prin extractie cu alcool 70% din pulpa unor fructe (mere, gutui, cirese, etc). Arabanii au structura moleculara ramificata. Arabinoza intra in constitutia lor sub forma furanozica. Xilanii sunt polizaharide care se gasesc predominant in plantele superioare. Ei insotesc in plante celuloza, de care se pot separa prin tratarea cu solutie de NaOH 10% si precipitare cu alcool. Intra si in constitutia membranelor celulare. Heteropolizaharide

20

Polizaharidele heterogene contin in molecula lor resturi a doua sau mai multe monozaharide (oze) diferite. In alimente, ca si in plante se gasesc numeroase polizaharide de acest fel . Hemicelulozele – o grupa mare de polizaharide cu greutate moleculara ridicata, care nu se dizolva in apa, dar se dizolva in solutii alcaline, si care insotesc celuloza in tesuturile vegetale (17 – 43% din materia uscata a lemnului). Cele cu masa moleculara mai mica au rol de polizaharide de rezerva , iar cele cu masa moleculara mare au rol de susbtante de structura ca si celuloza Materiile pectice sunt combinatii de origine vegetala intre mai multe polizaharide superioare (celuloza, D-galactani, L-arabani) si acidul pectic, al carui edificiu macromolecular este format din molecule ale acidului galacturonic si acidului glucuronic. Ele au un rol insemnat in sudura tesuturilor celulozice si in reglementarea permeabilitatii celulare. Se gasesc in aproape toate organele plantelor. In cantitate nai mare, se gasesc in pulpa fructelor carnoase (4050%), in radacini, tulpini, maduva plantelor anuale (la floarea soarelui 30-35%), in fibrele de in, canepa, in tesutul lemnos al arborilor, in structura peretului celular la plante. Materiile pectice se prezinta sub forma de pulberi amorfe, de culoare alba sau alb-galbuie. Au o mare capacitate de imbibitie. Solutiile lor concentrate formeaza geluri transparente. Materiile pectice au un rol insemnat la prepararea gemurilor si marmeladelor din fructe. Substantele pectice au un rol important in timpul maturizarii, pastrarii si prelucrarii industriale a diferitelor fructe si legume. In timpul dezvoltarii fructelor protopectina se formeaza in peretii celulari si se poate acumula in cantitati mari (mere, pere, citrice). Coacerea fructelor este caracterizata de transformarea protopectinei in pectina solubila. Procesul continua si dupa recoltarea fructelor, in timpul pastrarii lor in stare proaspata. Aceasta transformare determina inmuierea pulpei fructului si formarea caracteristicilor specifice ale fructului copt. Gumele si mucilagiiile vegetale sunt polizaharide asemanatoare cu substantele pectice. Sunt formate din pentoze, metilpentoze, acid galacturonic si acid glucuronic. Sunt solubile in apa formand solutii deosebit de vascoase si lipicioase. Sunt substante coloidale si reprezentantul tipic al acestei grupe il constituie gumele secretate de visini, pruni, migdali in locurile cu leziuni pe ramuri.

21

LIPIDE DEFINITII, CLASIFICARE Lipidele sunt constituenti foarte raspanditi ai organismelor vii, plante sau animale, care se aseamana prin caractere comune de solubilitate, sunt greu solubile in apa dar se dizolva usor in solventi nepolari (eter, benzen, cloroform, etc.). Aceasta insusire este datorata prezentei in moleculele lipidelor a unor intinse regiuni hidrocarbonate, hidrofobe. Numele de lipide provine din grecescul lypos, care inseamna grasime. grasi si alcooli, sau aminoalcooli Plantele se caracterizeaza, in general printr-o compozitie constanta in lipide, in cantitati nu prea mari, exceptie facand semintele plantelor oleaginoase (floarea soarelui, soia, ricin, masline, susan, atc.), care contin insemnate cantitati de lipide,(48 –62%), denumite generic uleiuri. Majoritatea legumelor au un continut redus de lipide, care variaza in partea edibila a plantelor intre 0,1% si 1,6%. In cazul fructelor si a cerealelor, continutul mediu in lipide variaza intre 0,11% si 2%. Tesuturile batrane ale plantelor sunt mai sarace in lipide decat tesuturile similare tinere. Nivelul continutului de lipide, in plante, este influentat de soi, fenofaza, varsta si de diferiti factori de mediu. In celula , lipidele se gasesc in cantitate mai mare in nucleu, mitocondrii, membrane celulare, cloroplaste, lamele protoplasmatice, microzomi, etc. . La animale, lipidele sunt distribuite in toate celulele, compozitia prezentand unele caracteristici in functie de tesut. Datorita omniprezentei lipidelor in materiile prime agroalimentare, ele vor aparea in diferite proportii si in produsele rezultate prin prelucrarea tehnologica a acestora. Diferentiat pe grupe de alimente, se pare ca laptele reprezinta sursa lipidica cea mai complexa prin “grasimea laptelui”. Carnea, pestele si derivatele lor contin cantitati variabile de lipide dependente de modul de prelucrare a materiilor prime. Tehnologic se poate controla si dirija continutul lipidic al oricarui aliment. In oua, lipidele se regasesc numai in galbenus (albusul contine maximum 0,02% lipide). In consumul zilnic, prin compozitia lor, ouale devin, cea mai importanta sursa de fosfolipide. Lipidele indeplinesc functii foarte importante: - sunt principala forma de depozitare si de transport a rezervelor energetice ale organismelor; - au rolul de izolatori electrici, termici si mecanici; - sunt constituenti structurali ai membranelor celulare si intracelulare; - unele lipide au roluri importante in procesele de comunicare si recunoastere intercelulara; - sunt vitamine, hormoni, etc. Lipidele se pot clasifica dupa mai multe criterii. Astfel, dupa rolul biologic ce-l indeplinesc in organism, ele se pot grupa in lipide de rezerva si lipide de constitutie. Lipidele de rezerva - depozitate in celule si tesuturi, ca sursa energetica si functionala primara a organismului sunt formate in principal, din lipide simple, respectiv din grasimi bogate in acizi grasi saturati. Lipidele de constitutie - ca element constant intre componentii celulari, nusi schimba compozitia in raport cu nutritia, deaoarece functia lor de baza este de natura fiziologica si nu energetica. Aceste lipide sunt constituite, in principal, din acizi grasi nesaturati apti de asociere si structurare spatiala in complexe, ce asigura permeabilitatea membranara in transportul de masa ,corelat cu transportul de flux nervos si, implicit, informational.

22

In alimente , lipidele sunt componente de nutritie si constructie, dar si cu important rol fiziologic in transportul compusilor cu fosfor, azot, sulf, oligoelemente, etc., la nivelul membranei celulare Intr-o clasificare mai veche, dupa compozitia chimica, lipidele se impart in lipide simple (neutre) formate din C,H, si O si in lipide complexe (polare), care contin in molecula pe langa C,H,O si N,P,S, etc. Lipidele simple sunt esteri formati dintr-un alcool sau un polialcool si acizi carboxilici grasi, saturati sau nesaturati sau acizi bibazici. Dupa natura alcoolului, lipidele simple (neutre) se clasifica in: - gliceride – esteri ai glicerolului cu acizii grasi; - ceride – esteri ai monoalcoolilor superiori cu acizii grasi; - steride - esteri ai sterolilor cu acizii grasi; - etolide – esteri rezultati prin esterificarea a doua combinatii cu functie mixta de alcool si acid. Gruparea acida a unuia esterifica gruparea alcoolica a celuilalt. Lipidele complexe contin in molecula lor componentele lipidelor simple – glicerina si acizi grasi – sau inlocuitorii lor – amino-polialcooli, polialcooli ciclici, monozaharide, acizi bibazici, etc.

LIPIDE SIMPLE Gliceride Gliceridele sunt foarte raspandite in regnul vegetal si animal. Ele se gasesc aproape in toate tesuturile; de obicei sunt acumulate in mare cantitate in plante, in primul rand in seminte, circa 2% in boabele de grau, secara, orz si circa 4 – 5% in boabele de porumb. Semintele plantelor oleaginoase contin 25 – 35% gliceride, si chiar pana la 55% (semintele de susan). Gliceridele constituie un aliment de mare valoare si o pretioasa sursa de energie, caldura lor de ardere fiind de 9400 kcal/kg. La temperatura obisnuita se prezinta ca o masa solida, semisolida sau lichida-uleioasa si se impart, dupa consistenta, in grasimi consistente si uleiuri lichide. Structura chimica. Grasimile animale si vegetale sunt esteri ai glicerolului cu acizii grasi si apar sub forma de amestecuri de triesteri ai glicerinei . Acizii grasi care intra in compozitia trigliceridelor naturale sunt monocarboxilici , saturati si nesaturati, cu una sau cu mai multe duble legaturi etilenice, cu catena moleculelor liniara, continand de obicei un numar pereche de atomi de carbon. Acizii grasi saturati importanti din punct de vedere biologic au intre 14 si 24 atomi de carbon. Cei mai raspanditi, in lipidele izolate din tesuturi animale, sunt acizii grasi cu 16 atomi de carbon (acidul palmitic) si 18 atomi de carbon in molecula (acidul stearic). Acidul cu 24 de atomi de carbon (acidul lignoceric) se afla in cantitati apreciabile in unele lipide din substanta nervoasa. Primii doi acizi formeaza circa 50% din continutul total in acizi grasi ai grasimilor consistente, restul fiind mai ales acid oleic. Pe masura ce consistenta grasimilor scade, se micsoreaza proportia de acid palmitic si stearic si creste cea de acid oleic, astfel incat in uleiuri proportia primilor doi acizi este cu totul neinsemnata. In afara de acesti acizi grasi principali, grasimile mai contin si altii, a caror natura si proportie variaza dupa substanta grasa.

23

Acizii butiric, capronic, caprinic, caprilic, laurinic si miristic apar in laptele rumegatoarelor si in unt. Grasimile din laptele uman cuprind doar urme din acesti acizi. Gliceridele vegetale sunt , de asemenea, foarte diferite sub aspectul structurii in acizi grasi, care se deosebesc prin lungimea lantului atomilor de carbon cat si prin gradul lor de nesaturare. Aproximativ 60% din cantitatea totala a acizilor grasi din untul de cocos o formeaza acizii laurinic si miristic; in compozitia uleiului de crucifere 50% este acid erucic, pe cand uleiul linoleic se gaseste in proportie de circa 50% in uleiul de floarea soarelui, de soia, de nuca, de mac, etc., iar impreuna cu acidul linolenic formeaza circa 80% din continutul total in acizi grasi ai unor uleiuri, ca cel de canepa, de in, etc. Majoritatea gliceridelor animale contin, mai ales, in diverse proportii, acizii palmitic, stearic, palmitoleic, oleic si linoleic. Gliceridele din diversele tesuturi ale aceluiasi organism pot sa se deosebeasca foarte mult din punct de vedere al compozitiei lor. Astfel, gliceridele din tesutul adipos al omului sunt mai bogate in acizi grasi saturati in comparatie cu gliceridele din ficat, care contin mai multi acizi grasi nesaturati. Acesti acizi se gasesc in substantele grase sub forma de amestecuri de trigliceride; in proportie mai mare se gasesc trioleina, tripalmitina si tristearina. Proprietati fizice Starea de agregare a trigliceridelor depinde de compozitia in acizi grasi – cele bogate in acizi saturati inferiori sau acizi nesaturati sunt lichide, iar cele cu un continut ridicat in acizi saturati superiori sunt solide. Tributirina si trioleina sunt lichide, trestearina este solida. Trigliceridele au densitati mai mici decat apa (0,96 g/cm3). Avand caracter hidrofob foarte pronuntat nu se dizolva in apa, cu care insa pot emulsiona in anunite conditii. Cele mai multe gliceride sunt insolubile in alcool sau in acetona, se dizolva usor in eter, cloroform, sulfura de carbon, benzina, diferiti derivati clorurati ai hidrocarburilor. Gliceridele sunt substante incolore, in stare proaspata , cu exceptia tributirinei, nu au gust si miros. Punctul de topire caracterizeaza gliceridele, valoarea acestuia descrescand in functie de continutul in acizi grasi nesaturati si de lungimea catenei acestor acizi grasi nesaturati. In functie de punctul de topire, lipidele simple se impart in: - uleiuri, care sunt lichide la temperatura normala; - grasimi si unturi cu puncte de topire la temperatura de 20 – 300C; - seuri, cu punct de topire la temperaturi de peste 500C. Proprietati chimice Proprietatile chimice ale gliceridelor sunt datorate caracterului lor de esteri si prezentei in molecula a diferitilor acizi grasi si a glicerinei. Hidroliza gliceridelor . Indicele de aciditate (Ia) este cantitatea de acizi grasi, exprimata in mg., care se formeaza prin hidroliza unei molecule gram de gliceride Saponificarea gliceridelor. Hidroliza grasimilor se poate realiza si cu hidroxizi alcalini (KOH, NaOH) sau alcalino-pamantosi (Ca(OH)2, Mg(OH)2) , in solutii apoase sau alcoolice. Insa odata cu hidroliza are loc si salificarea acizilor grasi pusi in libertate. Deci, pe langa glicerina se formeaza si sarurile acizilor grasi (sapunurile).. Hidrogenarea gliceridelor. Grasimile contin in diferite proportii acizi grasi nesaturati, proprietatile lor active fiind cu atat mai pronuntate cu cat proportia acestor acizi 24

este mai mare si gradul lor de nesaturare este mai ridicat (adica au mai multe duble legaturi in molecula). Ca urmare, grasimile naturale pot aditiona hidrogen la nivelul dublelor legaturi, transformand astfel gliceridele nesaturate in gliceride saturate. - CH = CH - + H2 → - CH2 - CH2 – In acest fel prin hidrogenare, uleiurile se transforma in grasimi solide. De exemplu, din trioleina lichida se obtine astfel tristearina consistenta. Hidrogenarea uleiurilor vegetale este utilizata in industria alimentara pentru obtinerea margarinei. Reactia se petrece la aproximativ 2000C in prezenta de catalizatori (Ni). Pentru a fi mai placuta la gust, margarina se amesteca cu lapte, sare, galbenus de ou, vitamine, care-i confera o culoare asemanatoare untului si ii ridica valoarea biologica. Reactia de hidrogenare se foloseste in industria alimentara si pentru a transforma uleiurile cu miros neplacut (ulei de peste, bumbac, balena, etc.) in grasimi alimentare comestibile. Halogenarea gliceridelor. Gliceridele care contin in molecula acizi grasi nesaturati pot aditiona la nivelul dublelor legaturi halogeni (Cl, Br, I). In consecinta, un ulei sau o grasime fixeaza o cantitate mai mare de halogen cu cat caracterul ei este mai nesaturat. Gradul de nesaturare al unei grasimi se exprima prin indicele de iod (II). Rancezirea gliceridelor . Uleiurile si grasimile, in contact timp indelungat cu aerul umed si cu lumina, sufera o serie de transformari chimice, care provoaca un miros si gust caracteristic neplacut, definit cu numele de rancezire. El consta din hidroliza partiala a gliceridelor si din oxidarea ulterioara a componentelor. Ca produse de oxidare apar aldehide, cetone si acizi volatili, care provoaca mirosul si gustul de ranced. Pentru indepartarea gustului si mirosului neplacut, grasimile rancede se incalzesc in prezenta unor substante adsorbante, cum este carbunele activ, care absoarbe astfel subtantele volatile formate, ce dau mirosul si gustul de ranced. Fenomenul rancezirii grasimilor se produce cu atat mai repede si mai intens cu cat uleiul sau grasimea are o proportie mai mare de acizi grasi nesaturati. Pentru a evita oxidarea si degradarea grasimilor alimentare (unt, ulei, untura) precum si a produselor bogate in grasimi, ele trebuiesc ferite de lumina, contactul cu aerul si vaporii de apa. Procesul de autooxidare poate fi oprit sau incetinit prin utilizarea de antioxidantilor, substante care in cantitati foarte mici au capacitatea de a inhiba degradarea. In lipsa luminii rancezirea are loc foarte incet; vara, la lumina solara, reactia devine intensa, de 104 mai rapida decat la intuneric. Substantele grase, prin incalzire puternica, formeaza o substanta cu miros intepator , innecacios si neplacut, acroleina, care este o aldehida nesaturata (propenal). Aceasta se formeaza, de asemenea, cand pe plita sobei incinse cad picaturi de grasime. Ceride Ceridele sunt esteri ai unor acizi grasi cu alcooli superiori cu masa moleculara mare si reprezinta constituientii principali ai substantelor naturale complexe care se numesc ceruri. In cerurile naturale, pe langa ceride se gasesc, in cantitati diferite, alcooli superiori liberi, acizi grasi, steride, hidrocarburi de genul parafinelor, coloranti si uleiuri eterice. Cantitatea totala a acestui amestec poate atinge 50%.

25

Cerurile se intalnesc atat in regnul animal (ceara de albine, spermantetul, lanolina), cat si in cel vegetal ( ceara merelor). Cerurile indeplinesc in organisme functii de protectie, acoperind pielea, lana, frunzele, fructele, ferindu-le de pierderile de apa, umiditate excesiva si atacul microbian. Un interes deosebit il prezinta stratul de ceara de la suprafata fructelor: struguri, mere, pere care reprezinta 0,5 – 1% din greutatea cojii proaspete. Experientele au aratat ca indepartarea acestui strat protector de pe suprafata fructelor face ca ele sa se altereze mult mai repede, sub actiunea microorganismelor, atunci cand sunt pastrate in stare proaspata. Steride Steridele sunt lipide simple, de o mare importanta biologica, care se gasesc larg raspandite in regnul animal, in regnul vegetal si, in cantitati mici, in microorganisme. Sterolul specific organismului vertebratelor este colesterolul, raspandit in toate celulele. In organism indeplineste o serie de functii vitale: participa la procesele de osmoza si difuzie care au loc in celule si la care, colesterolul mentine apa necesara pentru activitatea vitala; participa la metabolismul unor hormoni, la neutralizarea toxinelor bacteriene si parazitare; are proprietati antihemolitice, etc. Ergosterolul sau provitamina D este reprezentantul sterolilor ce se gasesc in microorganisme. Cantitati mari de ergosterol contin ciupercile, drojdiile si unele bacterii. Se gaseste si in organismul animal alaturi de colesterol in toate tesuturile, insa in piele - unde are loc convertirea in vitamina D2, ergosterolul reprezinta 35 – 40% din totalul sterolilor. In drojdii continutul de ergosterol reprezinta 2% din substanta uscata si de aceea acestea se folosesc pentru extragerea sa industriala, in vederea obtinerii vitaminei D. In unele produse de origine vegetala se gasesc o serie de steroli, printre care mai frecvent se intalneste sitosteroulul, care este principalul component al sterolilor din uleiul de soia, uleiul din seminte de bumbac si uleiul din germeni de cereale. De cele mai multe ori sitosterolul este insotit de stigmasterol, mai ales in uleiul din germenii de grau.

26

PROTIDE

-

Protidele constituie componentii cei mai importanti ai materiei vii si in special ai organismelor cu organizare superioara; prin structura si proprietatile lor, definesc esenta vietii, constituind baza materiala a existentei si a manifestarilor specifice acesteia. Protidele indeplinesc functii extrem de diferite, ceea ce reflecta un inalt grad de organizare structurala si de specializare: - constituie suportul chimic structural si functional al materiei vii si al tuturor fenomenelor specifice acesteia; - sunt componente plastice, participand direct la edificarea si mentinerea structurii tuturor celulelor; sunt purtatorul material al tuturor insusirilor biologice: diferentiere, crestere, dezvoltare, reproducere; - reprezinta principala biomasa a organismelor; - in calitate de enzime, indeplinesc rol catalitic; - exercita functie represoare participand la reglarea expresiei genelor in cromozomi; - unele pot actiona ca hormoni participand la reglarea reactiilor biochimice; - se comporta ca anticorpi participand la procesele imunochimice de aparare a organismelor superioare; participa in asociere cu lipidele in ultrastructura biomembranelor; - indeplinesc diferite roluri fizico – chimice, intervenind in procesele de permeabilitate selectiva a biomembranelor, in transportul apei, a ionilor anorganici si a diferitelor substante organice, in mentinerea echilibrului acido-bazic - functionand ca sisteme tampon. Protidele sunt substante universal raspandite in natura. Se gasesc in toate organismele animale si vegetale. In regnul animal, protidele sunt substante predominante, reprezentand aproximativ 65 – 70% din materia uscata a organismului. In plante, protidele se gasesc intr-un procent mai mic, fiind cuprins intre 2 – 35%. Sursa cea mai bogata in protide vegetale o constituie semintele. In microorganisme, protidele se afla intr-o proportie de 80 – 90%. Sub aspectul compozitiei chimice, protidele sunt substante formate din C, H, O si N, uneori contin S, P si unele metale (Fe, Mg, Cu, Mn, Zn, Co, etc). Proportia elementelor chimice de baza este urmatoarea: C ~ 50%, H ~ 7%, O ~ 23%, N ~ 16%, S ~ 1-3%. Elementul principal si caracteristic pentru protide este azotul, care se gaseste in proportie medie de 16%. Prin dozarea azotului organic total (N), se poate determina, indirect, cantitatea de proteina bruta din materialul de analizat, folosind formula:

27

Proteina bruta (%) = N (%) x 100/16 = N (%) x 6,25 Unitatea structurala de baza a protidelor o reprezinta aminoacizii; in consecinta, prin hidroliza acida, bazica sau enzimatica, orice protida elibereaza aminoacizi. In functie de numarul aminoacizilor constituienti, ca si a existentei unor compusi de alta natura care pot intra in structura anumitor protide, acestea se clasifica astfel: Aminoacizi Oligopeptide Peptide Protide

Polipeptide Holoproteide

(proteine)

Proteide Heteroproteide

AMINOACIZII Aminoacizii reprezinta unitatile structurale de baza care intra in structura peptidelor si proteinelor, sub forma unor lanturi polipeptidice, in care gruparea aminica a unui aminoacid se leaga peptidic de gruparea carboxil a altui aminoacid. Exista 20 de aminoacizi proteinogeni specificati prin codul genetic, prezenti in toate organismele vii, de la cele mai simple pana la om. Alaturi de acesti 20 de aminoacizi, in proteine se mai intalnesc alti cativa, care rezulta, de fapt, in urma modificarilor chimice a celor 20 de aminoacizi, dupa incorporare in lanturile polipeptidice (ex. hidroxiprolina, hidroxilizina, etc.). In functie de particularitatile structurale ale radicalului , aminoacizii se clasifica: - monoaminomonocarboxilici - monoaminomonocarboxilici cu grupare alcool hi Aciclici - monoaminomonocarboxilici cu sulf - monoaminodicarboxilici - diaminomonocarboxilici - homeociclici

Aminoacizi

Ciclici - heterociclici

28

Proprietati generale ale aminoacizilor Toti aminoacizii sunt substante solide, incolore, cristalizeaza in forme caracteristice fiecarui aminoacid, au puncte de topire ridicate, mai mari de 2000C si se descompun inainte de a se topi. Aminoacizii se dizolva, intr-o masura mai mare sau mai mica, in apa, dar sunt greu solubili in solventii nepolari ca: eter, cloroform, benzen. Sunt usor solubili in solutii diluate de acizi zi baze. Datorita caracterului lor amfoter, aminoacizii se comporta in mediul acid (H+) ca baze – disociind sub forma de cationi, iar in mediul bazic (HO-) ca acizi – disociind sub forma de anioni. In cazul in care catenele laterale ® ale diferitilor aminoacizi contin si alte grupari ionizabile decat cele atasate la carbonul α, sarcina neta a moleculei va reflecta prezenta unor asemenea grupari disociabile. Astfel, datorita prezentei unei grupari – COOH aditionale, acizii aspartic si glutamic se comporta ca aminoacizi cu caracter acid; prezenta unor grupari bazice suplimentare in molecula de arginina, lizina si histidina le confera caracterul de aminoacizi bazici; ceilalti aminoacizi pot fi considerati ca neutri. Datorita capacitatii lor de a disocia ca anioni sau cationi, deci in functie de sarcina lor electrica neta la o anumita valoare de pH, aminoacizii manifesta proprietati electroforetice deplasandu-se sub actiunea unui camp electric. Astfel, in mediu acid aminoacizii migreaza spre catod, iar in mediu alcalin spre anod; la pH-ul izoelectric (pHI) amfiionul nu indica nici o deplasare in campul electric, atractia catre catod sau anod compensandu-se reciproc. Punctul izoelectric (pHI) se defineste ca pH-ul la care un aminoacid nu migreaza intr-un camp electric: la pHI aminoacizii se afla disociati ca anioni si cationi in proportii egale, dar solubilitatea lor este redusa datorita atractiilor electrostatice dintre anionii si cationii existenti. Aminoacizii prezinta pHI diferite, deoarece catenele laterale ale unora dintre ei (aminoacizii polifunctionali) contin grupari chimice suplimentare care ionizeaza. Astfel aminoacizii monoaminodicarboxilici au pHI in zona acida (pHI = 3,0 – 3,2), pe cand aminoacizii diaminodicarboxilici in zona alcalina (pHI = 7,5 – 11,0); aminoacizii monoaminomonocarboxilici au pHI in jur de 6,o intrucat solutiile lor sunt slab acide deoarece gruparea carboxil este mai puternic ionizata decat gruparea amino. Proprietati chimice ale aminoacizilor Aminoacizii prezinta diverse reactii chimice la care participa atat functiile amino si carboxil comune tuturor aminoacicizilor , cat si gruparile prezente in radicalii de la Cα. Doi sau mai multi aminoacizi reactioneaza intre ei cu eliminarea intermoleculara a apei dintre o grupare - COOH a unui aminoacid si o grupare -NH2 a altui aminoacid formand dipeptide, tripeptide, tetrapeptide, etc. Prin aceasta reactie de condensare se formeaza legaturi peptidice - CO – NH – (amide substituite), care stau la baza structurii peptidelor, polipeptidelor si proteinelor.

29

Aminoacizi neproteici In afara aminoacizilor care intra in compozitia proteinelor din plante, animale si microorganisme au fost izolati mai mult de 150 de aminoacizi care exista fie in stare libera, fie in stare combinata (in peptide inferioare), dar niciodata in proteine. Aminoacizi neesentiali si esentiali In organismul animalelor si omului se sintetizeaza aproximativ jumatate din aminoacizii necesari sintezei proteinelor. Acestia se numesc aminoacizi neesentiali sau banali (glicina, alanina, serina, cisteina, tirozina, acidul aspartic, acidul glutamic,prolina). Ceilalti aminoacizi (10) nu pot fi sintetizati de aceste organisme. Ei trebuiesc sa patrunda in organism din hrana si de aceea se numesc aminoacizi esentiali (indispensabili): arginina, fenilalanina,histidina, izoleucina, leucina, lizina, metionina, treonina, triptofan, valina. Identificarea aminoacizilor Identificarea aminoaciziloor se poate face pe cale chimica sau prin metode cromatografice si electroforetice. Identificarea prin metode cromatografice si electroforetice. Metoda cromatografica a aparut in 1906, cand s-a separat cantitativ pe un singur absorbant diferitele componente chimice care s-au gasit intr-un amestec. In prezent, definita intr-o acceptiune generala, cromatografia reprezinta o metoda analitica fizico chimica, calitativa si cantitativa, care permite separarea in zone spatial distincte a unor componente biochimice din amestecuri complexe. De asemenea, electroforeza definita intr-o acceptiune generala, reprezinta o metoda fizico – chimica analitica si preparativa, care se bazeaza pe fenomenul migrarii (deplasarii) intr-un mediu lichid sau solid, - sub actiunea unui camp electric extern - a unor particule incarcate electric. Prin inaltele sale performante, electroforeza – in diferitele ei variante moderne, s-a impus, cu autoritate, ca una dintre cele mai eficace si consacrate metode de cercetare biochimica a materiei vii.

PEPTIDE Peptidele sunt substante naturale sau sintetice constituite dintr-un numar restrans de aminoacizi care se condenseaza intermolecular la nivelul gruparii αcarboxil a unui aminoacid si a gruparii α - amino a altui aminoacid, cu formare de legaturi peptidice. Peptidele pot rezulta din doua, trei, sau n molecule de aminoacizi. Ceea ce ramane dintr-un aminoacid dupa angajarea sa in legatura peptidica poarta denumirea de rest (reziduu) aminoacidic. Peptidele cuprinzand mai putine resturi aminoacide sunt denumite oligopeptide (dipeptide, tripeptide, etc.), iar acelea cu un numar mai mare de resturi aminoacide sunt polipeptide. Polipeptidele cu un numar foarte mare de aminoacizi se numesc peptone.

30

Capetele moleculei unui peptid sunt diferite, unul are gruparea aminica libera, capat N – terminal, iar celalalt are gruparea carboxil neangajata, este capatul C – terminal. Resturile de aminoacizi de la capatele moleculei sunt denumite resturi N –terminale si, respectiv, C – terminale. Inceputul unui peptid este capatul N – terminal. In functie de complexitatea lor structurala si respectiv de masa lor moleculara, peptidele reprezinta compusi intermediari intre aminoacizi si proteine. Masa moleculara a peptidelor este de ordinul sutelor pana la cateva mii, iar cea a polipeptidelor poate atinge valori pana la aproximativ 1 x 104. Proprietatile peptidelor Peptidele sunt substante solide, cristalizate, solubile in apa si insolubile in solventi organici. Oligopeptidele formeaza cu apa solutii moleculare , iar polipeptidele solutii coloidale . Solutiile peptidelor nu coaguleaza sub actiunea caldurii. Solubilitatea si tendinta de cristalizare a polipeptidelor scade odata cu cresterea masei moleculare. Peptidele sunt substante cu caracter amfoter si prezinta activitate optica. Sub aspect chimic, ambele grupe de substante dau reactii asemanatoare aminoacizilor, la nivelul gruparilor aminice si carboxilice libere.

PROTEIDE Proteidele sunt compusi cu structura complexa, macromoleculara, importante pentru organismele vii atat din punct de vedere structural cat si functional. In termenul general de proteide, sunt incluse : - proteidele care prin hidroliza dau nastere numai la aminoacizi si care reprezinta deci holoproteidele sau proteinele propiu-zise; - proteidele care prin hidroliza pun in libertate aminoacizi si o componenta neproteica (prostetica) – heteroproteidele.

Substante proteice Substantele proteice formeaza protoplasma si nucleul celulei vii; ele sunt prezente in toate lichidele fiziologice din organismul viu (sange, lapte, seva) si alcatuiesc elementele de sustinere, de rezistenta si de protectie mai ales ale organismului animal (coarne, copite, unghii, par, lana, pene, solzi de peste, membrane animale, tesuturi conjuctive si elastice, cartilagii, tendoane), stratul aleuronic al semintelor, etc. Provenite din resturile organismelor animale si vegetale, substantele proteice apar si in sol, formand azotul organic al solului, pe contul caruia se hranesc plantele, dupa prealabila convertire a lui la forma amoniacala sau nitrica.

31

Proportia diferitelor elemente chimice in compozitia proteinelor variaza intre anumite limite. Elementul chimic cel mai constant si cel mai usor de determinat este azotul; el reprezinta in medie 16%; fiecare gram de azot va exprima prin urmare 6,25 g substanta proteica. Deci, multiplicand valoarea care exprima cantitatea procentuala de azot dintr-o materie organica cu factorul 6,25 se stabileste continutul aproximativ in substante proteice totale al acelei materii organice. Substantele proteice vegetale, cum sunt proteinele cerealelor, au un continut in azot mai mare de 16 %; din aceasta cauza factorul de multiplicare nu trebuie sa fie 6,25, ci numai 5,7. In organismul animal proportia substantelor proteice este mai mare decat in cel vegetal. Aceasta proportie difera insa de la organ la organ si de la o specie la alta specie. Structura proteinelor Proteinele au o structura polipeptidica. Granita dintre polipeptidele propriu-zise si proteine este arbitrara. La un anumit grad de complexitate a lanturilor polipeptidice apar nivele superioare de organizare si calitati noi neintalnite la polipeptidele mai mici. Proteinele, alaturi de acizii nucleici, sunt macromolecule ce exista intr-o varietate foarte mare. Fiecare tip de celula, fiecare individ, fiecare specie poseda un set distinct de proteine. Se estimeaza ca numarul de tipuri de proteine din intreaga lume vie este de 1010 – 1012 si potentialul de diversitate nu este epuizat. Chiar proteinele care indeplinesc functii similare, la specii diferite sunt distincte, cu mase si proprietati diferite. Chimia proteinelor este deosebit de complexa, aceasta presupunand mai intai, intelegerea principiilor generale de constructie a moleculelor proteice, a modului in care dintr-un numar limitat de unitati structurale se pot forma infinit de multe proteine si a factorilor care intervin in realizarea organizarii lor spatiale. In al doilea rand, studiul proteinelor necesita abordarea fiecarui tip de proteina in parte, stabilirea pentru fiecare specie moleculara a constitutiei chimice, a arhitecturii si a functiei (sau functiilor) pe are le exercita. Prin urmare, proteinele sunt alcatuite din resturi de aminoacizi legate intre ele prin legaturi peptidice care formeaza lanturi polipeptidice, care, datorita legaturilor disulfidice, de hidrogen si ionice, precum si datorita interactiunii hidrofobe sunt dispuse in spatiu intr-o anumita forma, adica au, in conditii date, o anumita conformatie. Conformatia nativa ce ia nastere in conditii fiziologice normale este asigurata de lagaturile covalente si complementare care confera structurii moleculei proteice o anumita rigiditate, compactitate si regularitate.

Denaturarea proteinelor. Conformatiile native ale proteinelor globulare, rezultate prin impachetarea specifica a lanturilor polipeptidice si asocierea subunitatilor in proteinele oligomere sunt extrem de fragile, ele sunt usor perturbate sub actiunea unei multitudini de agenti care afecteaza interactiunile necovalente din cuprinsul moleculei. Modificarea conformatiei native a unei proteine poarta denumirea de denaturare si agentii care o provoaca sunt agenti denaturanti. In cursul denaturarii unei proteine nu sunt rupte legaturile peptidice, nu se elibereaza aminoacizi.

32

Denaturarea proteinelor are loc sub actiunea unor agenti denaturanti care pot fi de natura fizica sau chimica. Denaturantii fizici sunt: incalzirea (la temperaturi mai mari de 50o – 60 oC), cresterea presiunii, congelarea, radiatiile ionizante, ultrasunetele, etc.; chimici – ionii de H sau OH (de obicei la pH mai mic de 4 si mai mare de 10 are loc denaturarea), solventii organici (acetona, alcool), ureea, sarurile metalelor grele, etc. Proteinele se denatureaza si sub influenta detergentilor, insa in acest caz, de cele mai multe ori proteina denaturata ramane in stare solubila. Cea mai caracteristica modificare a proteinei la denaturare este pierderea solubilitatii ei in apa, in solutii de saruri sau in solutii alcoolice. Fenomenul se explica prin faptul ca, lantul polipeptidic desfasurat datorita denaturarii, se transforma intrun ghem afanat pana la formarea unui fir. In continuare, lantul polipeptidic trece din ce in ce mai mult intr-un ghem dezordonat, in care se formeaza legaturi intamplatoare atat intre elementele aceluiasi lant, cat si intre diferite lanturi, producandu-se agregarea. In final apar agregate mari care se depun. Viteza si gradul de denaturare a proteinelor la incalzire depind de temperatura incalzirii si de durata ei; denaturarea este cu atat mai profunda cu cat temperatura este mai ridicata si cu cat durata incalzirii este mai mare. In afara de aceasta, gradul si viteza denaturarii proteinei depind si de umiditatea ei: denaturarea solutiei apoase a proteinei se produce mult mai repede decat denaturarea aceleasi proteine in stare uscata sau de gel. Impreuna cu modificarea solubilitatii si a capacitatii proteinei de a absorbi apa, la denaturare se mai produc o serie de alte transformari care se manifesta prin cresterea reactivitatii unor grupari (de exemplu, - SH), prin cresterea accesibilitatii proteinelor la enzime ca urmare a "afanarii" structurilor moleculare , prin variatia vascozitatii solutiilor proteice, prin variatia formei moleculei proteice. Denaturarea poate fi superficiala si in anumite conditii proteina denaturata poate reveni mai mult sau mai putin la starea ei nativa. O astfel de proteina se numeste renaturata, iar denaturarea este reversibila. Daca denaturarea este profunda si proprietatile proteinelor nu mai revin, ea este ireversibila. In industria alimentara sunt o serie de procese tehnologice de prelucrare care conduc la denaturarea proteinelor - sterilizarea termica, prajirea, frigerea, coacerea, etc. Proprietatile proteinelor Proteinele se caracterizeaza printr-un ansamblu de proprietati fizico – chimice, chimice si biochimice. Cercetarea proprietatilor proteinelor in scopul caracterizarii lor impune existenta acestora in stare pura, ceea ce reclama extractia, izolarea si purificarea lor prin procedee si tehnici laborioase si de mare finete. Proprietati fizico – chimice Proprietatile fizico – chimice ale proteinelor sunt determinate de structura moleculara, de gruparile libere polare de la suprafata moleculei, de legaturile intra – si intercatenare, de natura radicalilor nepolari, etc. , avand un rol insemnat in activitatea biologica a proteinelor.

33

Proteinele sunt substante amorfe, dar se pot obtine si in stare cristalina (hemoglobina, albumina din serul sanguin, albumina din lapte, si unele enzime ca pepsina, catalaza etc.). Proprietati chimice Substantele proteice manifesta o intensa activitate chimica datorita gruparilor functionale libere, gruparilor peptidice si diferitilor radicali alchilici si mai ales arilici din molecula lor. Datorita acestei pronuntate reactivitati chimice, proteinele sunt capabile sa dea nastere la numeroase reactii de culoare, de degradare hidrolitica si de denaturare. Hidroliza Proteinele formeaza edificii moleculare foarte labile. Sub actiune catalitica a acizilor, bazelor , a unor enzime specifice, ca si sub actiunea unor microorganisme, proteinele sufera un proces de degradare hidrolitica, din care rezulta intotdeauna un amestec de mai multi aminoacizi. Cand intreg edificiul proteic este degradat pana la cele mai mici unitati moleculare, ce nu mai sunt hidrolizabile, - pana la aminoacizi - hidroliza este totala; cand insa edificiul proteic este scindat in fractiuni intermediare, care sunt hidrolizabile la randul lor mai departe, hidroliza este partiala.. Hidroliza enzimatica a proteinelor are loc treptat pana la aminoacizi, sub actiunea unor categorii de enzime proteolitice. Proprietati biochimice si imunologice Proprietatile biochimice ale proteinelor au o importanta fundamentala pentru materia vie. Proteinele prezinta proprietati biochimice specifice care se manifesta prin functiile diferite pe care le pot exercita: enzimatica, hormonale, respiratorii, imunologice, etc. Diversitatea functionala a proteinelor este o reflectare a unei proprietati generale a lor, si anume specificitatea. Una din manifestarile specificitatii proteinelor este reprezentata prin proprietatile imunologice, la baza carora sta reactia antigen – anticorp., prin care organismul se apara de agresiunea unor factori externi: microorganisme, toxine. Proteinele straine patrunse in organism determina formarea unor anticorpi foarte specifici care reactioneaza numai cu proteina respectiva, o precipita, favorizand eliminarea ei. Se numeste antigen proteina care declanseaza producerea de anticorpi . Ca antigeni, pe langa proteinele ca atare, mai pot fi si asociatii complexe formate intre glucide, lipide, polipeptide , bacterii , virusuri. Conceptul de antigen prezinta o dubla semnificatie: pe de o parte desemneaza o substanta straina organismului care reactioneaza cu anticorpii corespunzatori, iar pe de alta parte reprezinta o substanta omogena care provoaca reactia imunitara prin formarea de anticorpi. Anticorpii sau imunoglobulinele sunt substante de natura proteica cu rol de aparare, a caror biosinteza este declansata de catre antigen si care poseda capacitatea specifica de a reactiona cu antigenul care a provocat formarea lor.

34

Deci, sinteza anticorpilor este derminata de un stimul antigenic si constituie raspunsul imun in cadrul reactiei de aparare a organismului impotriva unor agenti nocivi care actioneaza ca antigeni. Proteinele injectate unui animal stimuleaza formarea unor substante proteice noi, capabile de a distruge proteina inoculata (de a o precipita). Serul care a sintetizat anticorpi devine imun la actiunea antigenului. Asemenea reactii imunologice stau la baza fabricarii serurilor si a vaccinurilor pentru imunizare contra infectiilor microbiene sau virotice. Clasificarea proteinelor La baza clasificarii proteinelor stau de obicei doua criterii: forma particulelor (globulare si fibrilare) si constitutia chimica. Deoarece primul criteriu nu este intotdeauna suficient pentru o diferentiere completa a proteinelor, este utilizat frecvent criteriul structurii chimice. Dupa solubilitate, caracterul chimic si proprietatile biologice, proteinele globulare se clasifica: 1. Albumine – caracter foarte slab acid origine vegetala 2. Globuline – caracter slab acid si animala 3. Prolamine – caracter acid origine 4. Gluteline - caracter acid vegetala 5. Histone - caracter slab bazic origine 6. Protamine - caracter foarte bazic animala 7. Proteinoide (colagene si keratine) origine animala Albumine. Albuminele sunt proteine globulare care se gasesc in toate tesuturile animale si vegetale. Sunt substante cu caracter slab acid sau neutru, solubile in apa si in solutii diluate de electroliti. Cu apa formeaza solutii coloidale, din care albuminele precipita sub actiunea unor solutii concentrate de sulfat de amoniu, clorura de sodiu, sulfat de magneziu, etc. , iar prin incalzire (60 – 70oC) coaguleaza. Spuma alba care apare la fierberea legumelor si fructelor sau care se formeaza la suprafata laptelui fiert sunt albumine coagulate datorita temperaturii ridicate. Reprezentantul tipic al albuminelor este proteina din albusul de ou denumita ovoalbumina; in plasma sangelui se gaseste serumalbumina; in lapte – lactoalbumina; in tesutul muscular – mioalbumina. O serie de albumine sunt de origine vegetala; ele se gasesc in toate organele plantelor, dar in cantitate mai mare fiind in seminte. Reprezentantii albuminelor vegetale sunt leucozina care se gaseste in semintele cerealelor (grau, orz, ovaz, etc.), legumelina din semintele leguminoaselor (mazare., linte, soia, etc.), ricina din semintele de ricin, etc. Unele albumine vegetale ca ricina, falina din Amanitha phalloides, crotina din semintele de croton, etc. sunt substante toxice si poarta numele generic de toxalbumine. Ele au proprietatea de a aglutina globulele rosii din sange. Ricina introdusa in sangele unui iepure, intr-o concentratie foarte mica , de 0,3 – 10-3 miligrame, produce moartea animalului. Albuminele toxice se comporta ca pseudoanticorpi.

35

Cercetarile mai recente arata ca anticorpii se pot forma si in plante in urma infectarii acestora cu virusuri fitopatogene. Albuminele se gasesc in plante in stare libera, sau in asociere cu globulinele si cu poliglucidele. Globuline. Globulinele sunt cele mai raspandite proteine globulare din organismele vegetale si animale. Sunt insolubile in apa, dar se dizolva cu usurinta in solutii diluate de saruri (NaCl, Na2SO4, etc.). Pentru separarea lor din solutia salina in care s-au dizolvat, se adauga sulfat de amoniu (concentratie 50%) sau se adauga multa apa sau se dializeaza folosind o membrana semipermeabila. Globulinele sunt cele mai raspandite proteine din organismul animal. Impreuna cu albuminele formeaza proteinele protoplasmei celulei. Astfel in plasma sanguina se gasesc serumglobulina si fibrinogenul; in lapte – lactoglubulina; in ou – ovoglobulina; in muschi – proteina contractila care se numeste miozina. In starile infectioase se inregistreaza o crestere a cantitatii de globuline din sange ca urmare a formarii compusilor de aparare (raspunsul imun) – anticorpi – in compozitia carora intra imunoglobulina (Ig). Se cunosc numeroase globuline vegetale: faseolina in semintele de fasole alba; legumina in mazare, linte; glicina in soia; vicilina in bob; edestina in canepa; amandina in migdale; conglutina in lupin; excelsina in nuca de cocos. Prolamine. Prolaminele sunt proteine de origine vegetala, care s-au identificat numai in cereale. Existenta prolaminelor numai in cereale prezinta o trasatura caracteristica pentru acest grup de plante. Prolaminele sunt insolubile in apa si solutii de saruri, insa sunt solubile in alcool etilic 70%. Datorita acestei solubilitati, prolaminele se pot separa de celelalte proteine. Se mai pot dizolva in alcool metilic, alcool propilic si glicerol. Prolaminele nu coaguleaza sub actiunea caldurii. Ele au o valoare nutritiva slaba, deoarece contin in cantitati extrem de mici aminoacizi esentiali: lizina si triptofanul. Principalele prolamine sunt: gliadina din grau si secara; zeina din porumb; hordeina din orz, avenina din ovaz; cafirina din sorg. Gluteline. Glutelinele sunt ca si gliadinele proteine de origine vegetala. Ca si gliadinele, glutelinele sunt insolubile in apa si in solutii saline, dar sunt solubile in solutii apoase alcaline sau acide. Spre deosebire de gliadine, glutelinele nu sunt solubile in alcool apos. Glutelinele apar in frunzele plantelor si insotesc mai ales gliadinele in semintele cerealelor, unde se gasesc in proportie diferita. Dupa natura cerealei, glutelinele iau denumiri diferite si anume glutenina in cazul semintelor de grau, secara si orz, orizeina in cazul orezului. Glutelinele au o valoare alimentara mai mare decat prolaminele deoarece contin intr-o proportie mai mare diferiti aminoacizi esentiali. In glutenina porumbului lizina se afla in proportie de aproximativ 3%, in timp ce in zeina lipseste complet. Amestecul format din glutenina si gliadina, care se izoleaza din faina de grau poarta denumirea de gluten. Proteinele din gluten, prin puntile lor - S – S -

36

, confera fainii de grau proprietatea de a da cu apa un aluat elastic care retine intr-un mod caracteristic bioxidul de carbon format in timpul dospirii (in timpul fermentarii alcoolice partiale) si in timpul coacerii, dand painii o structura poroasa si un volum corespunzator. Spunem din aceasta cauza ca faina graului are insusiri de panificatie. Glutenul contine in medie doua treimi apa si o treime substanta uscata. Glutenul din faina de grau contine aproximativ 40 – 50% gliadina, 30 – 40% glutelina, 6 – 10% globulina, 3 – 5% albumina, 2 – 3% glucide solubile, 6 – 7% amidon, 1 – 2% celuloza, 2 – 3% lipide, 1 – 1,5% cenusa. Glutenul da deci “forta” unui aluat, permite cu alte cuvinte ca aluatul unei faini sa se umfle si sa creasca, sa-si mareasca volumul in timpul dospirii si sa devina poros, fara sa se rupa. Aceasta este posibil datorita faptului ca glutenul are insusiri de elasticitate. Elasticitatea este o proprietate a materiei , determinata de 2 factori si anume de extensibilitate, adica de proprietatea de a se intinde, si de tenacitate, adica de rezistenta ce se opune extensiei. Dupa raportul diferit in care se gasesc acesti doi factori, elasticitatea glutenului ia valori diferite: spunem din aceasta cauza ca glutenul este de diferite calitati. De proportia si de calitatea glutenului depinde calitatea unai faini de grau cu insusirile ei de panificatie, adica insusirile ei de a da nastere unei paini cat mai poroase si mai digestibile. Numai faina graului are insusiri bune de panificatie, numai ea poate forma gluten. Faina de porumb si faina de orez nu pot forma gluten, nu au deci insusiri de panificatie; faina de orz si de secara au calitati slabe de panificatie. Histone. Histonele formeaza o familie de proteine animale, care in organism nu se gasesc in stare libera, ci conjugate mai ales ca cromoproteide si nucleoproteide. Astfel, ele se gasesc mai ales in nucleele celulelor, in sperma, in celulele timusului, in nucleul globulelor rosii ale pasarilor, in sange, etc. In vegetale nu au fost identificate histone tipice, dar existenta in regnul vegetal a unor proteine inrudite cu histonele este sigura. Protamine. Protaminele sunt de origine animala, nu coaguleaza prin incalzire, fiind considerate cele mai simple proteine. Au o solubilitate mare in apa, datorita greutatii moleculare mici (2000 – 3000 Protaminele spre deosebire de histone nu sunt degradate hidrolitic de pepsina si de alte enzime proteolitice. Protaminele au fost izolate din nucleul celulelor spermale (din nucleul spermatozoizilor), din peste , unde se gasesc combinate cu acizii nucleici, formand astfel nucleoproteide. Protaminele nu au fost gasite in organismele vegetale. Proteinoide (scleroproteine) Proteinoidele sunt proteine de tip fibrilar care exercita in organismul animal un rol plastic, de sustinere, protectie si rezistenta mecanica. In general, ele intra in constitutia tesuturilor conjuctive, de sustinere si epidermice. Proprietatile mecanice caracteristice ale scleroproteinelor se datoresc formei fibrilare alungite a moleculelor, precum si faptului ca in organism unele se afla in stare solida. Particularitatea deosebita a acestor proteine o constituie totala lor insolubilitate in apa, solutii alcaline, acizi si baze diluate si nedigestibilitatea lor sub actiunea enzimelor din tractul digestiv. Au un continut mai mic in azot si unul mai mare in oxigen, contin o

37

cantitate mare de glicocol si de cisteina. De fapt, continutul ridicat de sulf este o caracteristica a proteinoidelor. Dintre diferitii reprezentanti ai acestei grupe de proteine transformate, trebuie mentionat colagenul, keratinele, elastinele. C o l a g e n u l este componentul principal al proteinelor din tesutul conjuctiv, ligamente, tendoane, cartilagii, piele; reprezinta aproximativ 95% din materia organica a oaselor si cartilagiilor. Colagenele sunt insolubile in apa, acizi diluati si baze la rece. Prin fierbere cu apa, moleculele fibrilare de colagen sufera modificari structurale profunde, si transformarea in gelatine, care sunt solubile si hidrolizabile de catre enzimele proteolitice; prin racire, gelatinele astfel obtinute se transforma in gel si atunci pot fi digerate de pepsina si tripsina. Cu taninul , materiile colagene dau produse rezistente si neputrescibile; pe aceasta comportare se bazeaza tabacitul pieilor. Keratinele Keratinele sunt proteinele constituente ale epidermei, parului, penelor si formatiunilor cornoase (unghii, copite, coarne). Indeplinesc un rol de protectie si sub actiunea enzimelor proteolitice nu sunt hidrolizate. Elastinele Elastinele participa la structura fibrelor elastice din artere si tendoane, manifestand proprietati elastice si termoelastice. Elastinele prezinta analogii cu colagenul.; se deosebesc insa de acesta prin incapacitatea de a fi convertite in gelatine .

HETEROPROTEIDE Heteroproteidele sau proteinele conjugate sunt proteine cuplate cu diferite substante ce formeaza gruparile lor prostetice. Deci, proteinele sunt apte de a lega o varietate de compusi chimici cu masa moleculara foarte diferita, formand ansambluri moleculare heterogene ca structura. Proteinele conjugate reprezinta asocierea prin legaturi covalente si necovalente a unei componente proteice si a unei componente neproteice, de natura chimica diversa. Dupa natura gruparii prosteticeproteidele se clasifica in mai multe grupe: glicoproteide, fosfoproteide, lipoproteide, cromoproteide, metalproteide, nucleoproteide In organismul animal se gasesc toate aceste grupe de proteide; in organismul vegetal nu au fost gasite fosfoproteidele si nici glicoproteidele, cu exceptia polenului de porumb. Caracteristic proteidelor este faptul ca prin degradare hidrolitica gruparea prostetica se elimina inainte ca molecula proteinica sa fie scindata la aminoacizi; aceste fapte ne arata ca legatura dintre gruparea prostetica si proteina este mai slaba decat legatura peptidica, ceea ce este in concordanta cu faptul ca sarurile, esterii, ca si acetalii sunt mai usor hidrolizabili decat amidele. Glicoproteide Glicoproteidele formeaza o familie de proteide animale, a caror grupare prostetica este o polizaharida formata din monozaharide sau derivati ai acestora. Din 1962 glicoproteidele au fost identificate si in plante si microrganisme.

38

Glicoproteidele au o larga raspandire in organismul animal, fiind distribuite in diverse tesuturi, in plasma, in secretia mucoaselor, in saliva; de asemenea, se gasesc asociate cu unele enzime si hormoni. Dupa felul gruparii prostetice, glicoproteidele pot avea caracter acid sau neutru. Cele mai importante glicoproteide cu caracter acid sunt mucinele, mucoidele si condroidele. Mucinele protejeaza mucoasele tractului intestinal de actiunea nociva a unor compusi chimici sau agenti mecanici; mucidele intra in constitutia cartilagiilor, oaselor (osteomucoide), a tendoanelor si ligamentelor. In sange se gasesc glicoproteide neutre, care determina specificitatea grupelor sanguine. Ele contin glucozamina, galactozamina, galactoza si fucoza. In seminte si alte organe vegetale se gasesc proteine care produc aglutinarea eritrocitelor. Aceste proteine se numesc fitohemoglutinine sau lectine si reprezinta niste glicoproteide . Cantitati mai mari de lectine se gasesc in leguminoase (soia, fasole, mazare) si in semintele de ricin. Sunt toxice cand sunt injectate animalelor si devin inhibitori ai cresterii cand sunt introduse in hrana. Fosfoproteide Fosfoproteidele sunt proteine vii cuplate cu acidul fosforic (prin restul fosforil), pentru care motiv au un caracter acid foarte pronuntat. In molecula de fosfoproteida, resturile de acid fosforic (- PO3H2) se leaga prin legaturi esterice cu gruparile hidroxilice ale oxiaminoacizilor care intra in structura lantului polipeptidic al proteinei. Fosfoproteidele sunt substante insolubile in apa, solubile in alcalii diluate., formand saruri, de unde precipita prin acidulare. Sub actiunea alcaliilor diluate, la cald, fosfoproteidele se hidrolizeaza usor, eliminand gruparea fosforica. Fosfoproteidele apar in cantitate mare in oua (vitelinele) si lapte (caseina) sub forma de saruri de Ca sau K. Servesc pentru hranirea animalelor tinere, respectiv a embrionului. Caseina are caracter acid si se gaseste sub forma de sare de calciu solubila (in laptele de vaca) si de sare de potasiu (in laptele de femeie). Ea nu coaguleaza prin caldura; sub actiunea acizilor precipita; precipita ireversibil si sub actiunea enzimelor specifice numite renine sau chimizine (cheagul) si pepsina, care sunt prezente in sucul gastric al animalelor tinere. Fenomenul branzirii laptelui are la baza precipitarea caseinei (caseogenului) din lapte cu ajutorul acizilor sau a enzimelor. In alcatuirea diferitelor caseine intra aproape toti aminoacizii necesari nutritiei omului si animalelor; din aceasta cauza laptele este considerat ca un aliment aproape complet. Caseina, de fapt, este formata din trei caseine, deosebite prin compozitia aminoacizilor si mobilitate electroforetica. Vitelina sau ovovitelina se gaseste in galbenusul de ou, combinata cu lecitinele (o lipoproteina ce contine fier). Lipoproteide Lipoproteidele formeaza o grupa de proteide a caror grupare prostetica apartine unei substante din grupa lipidelor (lecitina, cefalina, colesterol). Spre deosebire de lipide, lipoproteidele sunt solubile in apa si insolubile in solventi organici.

39

Lipoproteidele au o larga distributie, fiind componente structurale ale celulelor, biomembranelor, mitocondriilor, reticulului endoplasmatic, nucleului, tecilor de mielina a neuronilor, etc. Se gasesc in tesutul nervos, plasma sangelui, lapte, galbenus de ou. In apa lipoproteidele formeaza solutii coloide si sub aceasta forma ele sunt transportate in diferite organe. Cromoproteide Cromoproteidele dau prin hidroliza o proteina si o grupare prostetica colorata, din care cauza ele intra in grupa pigmentilor naturali (formeaza subgrupa Pigmenti – proteide). Particularitatea deosebit de importanta a cromoproteidelor o reprezinta activitatea lor biologica foarte mare. Ele joaca un rol esential in procesele vitale, deoarece in general sunt biocatalizatori care intensifica in organism unele procese biochimice importante, cum sunt fotosinteza si reactiile de oxido – reducere. Cel mai studiat reprezentant al cromoproteidelor este hemoglobina din sangele animalelor vertebrate si al omului, care este concentrata in eritrocite, si care fixeaza, transporta si depune oxigenul atmosferic la nivelul tesuturilor. Este alcatuita dintr-o componenta proteica denumita globina si una prostetica colorata care este hemul.

Clorofila este un pigment verde, care se gaseste in cloroplaste.. Clorofila formeaza materia coloranta verde a frunzelor, asigurand activitatea fotosintetica a plantelor, si reprezinta in realitate un amestec de doi pigmenti, clorofila A de culoare verde – albastruie si clorofila B de culoare verde - galbena , care se gasesc in frunze in proportie de aproximativ 3 : Metaloproteide Metaloproteidele sunt heteroproteide care au ca grupare prostetica un metal (Fe, Cu, Mg, Zn, Mn, Co, etc.), fixat prin legaturi complexe direct de componenta proteica, fara existenta unor anumite grupari speciale de atomi Unele metaloproteide indeplinesc in organism functia de proteine transportoare de metal, cum este transferina plasmatica sau lactotransferina din lapte care transporta fier si ceruloplasmina din plasma care transporta cupru. Altele reprezinta rezerve de fier pentru organism, cum este cazul feritinei sau hemosiderinei. La proteinele transportoare continutul de metal reprezinta sub 1%, la cele de depozit acest procent este mult mai mare (in feritina ajunge la 20%). Nucleoproteide Nucleoproteidele sunt heteroproteide complexe cu rol esential in activitatea vitala a organismelor. Nucleoproteidele formeaza masa principala a tuturor nucleelor celulare. Ele apar de asemenea si in protoplasma si in diferitele lichide biologice si constituie componenta principala a virusurilor din plante (fitopatogene), care sunt constituite aproape numai din nucleoproteide si a virusurilor din animale care au o organizatie superioara, precum si a bacteriofagilor (virusurile care ataca bacteriile). Nucleoproteidele sunt substante solide, cu caracter slab acid, solubile in apa si in prezenta alcaliilor diluate sau a carbonatilor alcalini, de unde precipita la acidulare cu acid acetic.

40

Nucleopriteidele au rol in procesele de diviziune celulara, in sinteza proteinelor si in transmiterea caracterelor ereditare. Caracterele lor chimice si fiziologice sunt imprimate mai ales de gruparea prostetica, de acizii nucleici. Acizii nucleici sunt substante cu structura macromoleculara complicata, cu rol in stocarea si transmiterea informatiei genetice.

41

D. SUBSTANTE ORGANICE ACTIVE ALE ORGANISMELOR VITAMINE Vitaminele formeaza o familie de substante organice cu structura chimica foarte diferita, fara valoare plastica sau energetica, dar care joaca un rol catalitic important in organism, in cantitati extrem de mici intervenind in stimularea si reglarea proceselor metabolice ale organismului. Marea majoritate a vitaminelor sunt sintetizate numai de organismul vegetal. Organismul animal si uman ia aceste substante indispensabile odata cu alimentele vegetale, fie sub forma de vitamine propriu-zise, fie sub forma de provitamine, pe care le converteste apoi in forma activa de vitamine propiuzise. Vitaminele sunt strans legate de o alta familie de substante cu rol catalitic, enzimele, deoarece aproape fiecare vitamina este o componenta structurala activa a unei enzime sau a unui grup de enzime, indeplinand rolul de coenzime, sau de activatori enzimatici, si justificand astfel incadrarea lor in clasa biocatalizatorilor. . Lipsa completa de vitamine sau de provitamine din alimentatie are drept consecinta aparitia unor tulburari de nutritie numite avitaminoze sau hipovitaminoze. Avitaminozele pot aparea nu numai datorita unui aport insuficient de vitamine sau de provitamine in alimentatie, ci si unui defect de utilizare a acestora, ca de exemplu unei deficiente de rezorbtie sau a unei deficiente a organismului de a transforma provitaminele in vitamine, etc. In conditii normale de alimentatie, de regula, necesarul omului sanatos este pe deplin acoperit printr-o hrana variata, Unul si acelasi aliment, de obicei, este bogat numai intr-o singura vitamina: de exemplu – morcovul – in caroten; citricele – in vitamina C si P; carnea – in acid nicotinic; etc. Prin urmare, pentru pastrarea sanatatii omului, o mare importanta o are utilizarea unor produse variate , in special, de natura vegetala, dar si animala. Sunt alimente care contin aproape toate vitaminele necesare organismului in crestere (laptele, oul). Insa, chiar din acest produs ideal – laptele – lipseste vitamina E si se gaseste putina vitamina D. Drojdiile contin multe vitamine, insa utilizarea lor este posibila numai dupa tratarea termica, deoarece drojdiile vii nu sunt descompuse de enzimele digestive. Deci, echilibrarea corecta a alimentatiei asigura organismului uman un complex de vitamine. Nomenclatura si clasificare Denumirea vitaminelor se poate stabili dupa trei criterii: dupa nomenclatura veche, dupa rolul fiziologic si dupa structura chimica. Dupa nomenclatura veche vitaminele continua sa se denumeasca si in prezent cu ajutorul literelor mari din alfabetul latin(A, B, C, D, E, F, etc.). In cadrul aceleiasi clase, vitaminele se denumesc cu ajutorul indicilor (de exemplu: vitamina A1, A2, D2, D3, D4, D5)

42

Dupa rolul fiziologic ce-l indeplinesc in organism, vitaminele se denumesc astfel: vitamina antixeroftalmica (vitamina A1), antihemoragica (viotamina K), antiberiberi (vitamina B1), antirahitica (vitamina D), etc. Dupa structura chimica se denumesc: tiamina (vitamina B1), riboflavina (vitamina B2) acid ascorbic (vitamina C), piridoxina (vitamina B6), acid paraaminobenzoic (vitamina H), etc. Structura chimica a vitaminelor este extrem de heterogena, fapt ce creeaza dificultati in clasificarea lor pe baze stiintifice. Exista un criteriu, inca acceptat, de clasificare a vitaminelor dupa solubilitate. Dupa acest criteriu vitaminele se impart in doua mari grupe: vitamine liposolubile (solubile in lipide si solventi organici) si vitamine hidrosolubile (solubile in apa). Intr-un tablou general, denumirile dupa litere, structura chimica, actiune fiziologica a vitaminelor liposolubile si hidrosolubile sunt urmatoarele:

A D E K

B1 B2 B3 B5 (PP) B6 B12 Bc H C P

Vitamine liposolubile: retinol, axeroftol calciferoli tocoferoli filochinone Vitamine hidrosolubile: tiamina riboflavina acid pantotenic acid nicotinic , nicotinamida piridoxina, piridoxal, piridoxamina ciancobalamina acid folic, folaina, acid pteroil glutamic biotina acid ascorbic bioflavone

antixeroftalmica antirahitica antisterilitate antihemoragica

antinevretica vitamina cresterii antidermatitica antipelagra antidermatitica antianemica antianemica antiseboreica antiscorbutica intaritor al capilarelor

Pe langa compusii care intra in aceste doua grupe principale de vitamine, mai exista o serie de substante cu actiune asemanatoare vitaminelor: Colina Acidul lipoic Acidul orotic Vitamina B15, acidul pangamic Mio-inozita Acidul paraaminobenzoic Carnitina Vitamina U, S-metilmetionina, antiulceroasa Ubichinone, Coenzima Q

43

ENZIME Enzimele sau fermentii sunt combinatii chimice complexe de natura organica – proteino coloidal solubile – elaborate de plante, animale si microorganisme, care catalizeaza reactiile de sinteza si descompunere ce au loc in celula vie, fara sa se consume in cursul lor. In anul 1877 catalizatorilor reactiilor din organismele vii li s-a atribuit numele de “enzime” de la expresia “en zima = in levura” (in l.greaca); aceasta denumire , alaturi de aceea de “biocatalizatori”, se utilizeaza si in prezent. Denumirea mai veche a fost aceea de “fermenti” (legata si ea de procesele fermentative). Procesele enzimatice, cum sunt fermentarea vinului, dospirea painii, acidificarea laptelui, etc. sunt cunoscute din cea mai indepartata antichitate. In ultimile patru decenii, enzimologia, domeniu al biochimiei care se ocupa cu studiul enzimelor, s-a dezvoltat exploziv pe baza unor cercetari ample privind structura enzimelor, mecanismele de reactie studiate la nivel electronic si cuantic, reglarea proceselor enzimatice in cadrul metabolismului intermediar. Ca urmare, enzimologia constituie studiul bazelor moleculare ale vietii. Prin actiunea lor catalitica, enzimele fac posibila, in conditii compatibile cu viata, realizarea unei intregi serii de reactii chimice, care in vitro nu se pot realiza decat in conditii foarte dure, improprii vietii celulare. Astfel, hidroliza proteinelor pe cale chimica, se realizeaza la 370C, numai in mediu puternic acid si intr-un interval de timp foarte lung (3 luni); in organism , in schimb, aceasta degradare are loc extrem de rapid si in mediu slab acid. Pentru a realiza in vitro tot asa de repede aceasta hidroliza, sunt necesare o temperatura de 120 – 1400C si o mare aciditate, deci conditii de incompatibilitate cu viata organismelor. In mod similar arderea glucozei in organismele vii, cu producerea apei , bioxidului de carbon si a energiei, se realizeaza prin intermediul enzimelor, in conditii specifice vietii celulare. In absenta enzimelor, aceste transformari necesita temperaturi de 180 - 2000C. Ca urmare rolul enzimelor este fundamental in procesele vietii. In lipsa enzimelor , majoritatea covarsitoare a reactiilor chimice din organism nu s-ar produce si deci nu ar putea exista procese metabolice si nici fenomene de viata. Din punct de vedere chimic , enzimele sunt proteine sau proteide cu rol functional foarte important, de natura coloida, din care cauza ele au insusirile substantelor proteice, fiind astfel influentate de conditiile de mediu (temperatura, concentratie, concentratie in ioni de H). Ele sunt produse numai de organismele vii si isi pot manifesta activitatea enzimatica atat in interiorul, cat si in afara organismului. Substanta asupra careia actioneaza enzimele poarta denumirea de substrat. Bogate in enzime sunt semintele in stare de germinatie, plantulele, frunzele, tesuturile merismatice, fructele, etc. In general, plantele tinere au un continut mai ridicat de enzime decat plantele batrane. Puterea catalitica a enzimelor din organismele in crestere este mai mare decat a celor din organismele batrane. Clasificarea si nomenclatura enzimelor

44

Enzimele avand o structura complexa si intrucat la majoritatea nu li se cunoaste precis structura, nu li s-a facut o clasificare pe baza structurii chimice. Initial ele au fost denumite dupa substratul pe care-l transforma urmat de sufixul “aza” . Astfel, enzima care degradeaza hidrolitic amidonul este amilaza, cea care degradeaza maltoza este maltaza, cea care degradeaza lactoza este lactaza, etc. Pentru alte enzime, denumirea comuna deriva de la tipul de reactie catalizata prin adaugarea sufixului “aza”; O enzima care catalizeaza o reactie de oxidare are denumirea comuna de oxidaza. De asemenea s-au pastrat denumiri mai vechi care nu aduc informatii speciale: pepsina, papaina, tripsina. Identificarea unui numar tot mai mare de enzime (in prezent sunt cunoscute peste 2000), a impus necesitatea unei nomenclaturi. Actuala clasificare si nomenclatura a enzimelor se bazeaza pe principiile si regulile stabilite de catre Comisia de Enzime a Uniunii Internationale de Biochimie (IUB). In conformitate cu recomandarile acestei comisii, clasificarea enzimelor se bazeaza pe un sistem numeric codificat, criteriul esential de clasificare constituindu-l tipul de reactie chimica catalizata de o anumita enzima. In sistemul de clasificare, identitatea fiecarei enzime este stabilita printr-un numar de ordine si un nume sistematic.

Caracteristicile generale ale enzimelor Ca biocatalizatori, enzimele se caracterizeaza prin urmatoarele proprietati generale: - actioneaza in cantitati extrem de mici, dar manifesta o activitate extrem de intensa; - nu se consuma si nu se transforma in reactiile catalizate; - catalizeaza reactii termodinamic posibile, adica reactii care corespund unei dinminuari a energiei libere; - orienteaza si maresc viteza reactiilor biochimice, determinand scaderea energiei de activare a moleculelor de substrat asupra carora actioneaza; - determina reactii extrem de rapide; - nu modifica starea finala de echilibru a reactiilor, ci numai viteza cu care se realizeaza acst echilibru; - se disting printr-o specificitate de actiune; - asigura coordonarea, reglarea si controlul proceselor biochimice la care participa, moduland activitatea metabolismului celular. Structura si conformatia enzimelor Enzimele sunt biocatalizatori de natura proteica. In consecinta, structura lor chimica de ansamblu reprezinta un edificiu macromolecular complex, determinat de nivelurile de organizare structurala a proteinelor. Totodata enzimele reprezinta proprietatile generale fizice si chimice ale proteinelor.

45

Manifestarea proprietatilor catalitice sau reglatoare ale enzimelor este conferita de existenta in structura lor moleculara a unor regiuni sau zone priveligiate, la care se leaga in mod specific substratul de reactie – situs catalitic.

Temperatura influenteaza reactiile enzimatice, viteza acestor reactii variind cu cresterea sau scaderea temperaturii. Enzimele au un optim de activitate la o temperatura in jur de 350C – 400C. Daca temperatura este depasita, activitatea enzimelor se reduce, pana la o distrugere completa. Temperatura de inactivare este proprie fiecarei enzime. Deci enzimele sunt termolabile, incalzite peste o anumita temperatura isi pierd ireversibil activitatea. Majoritatea enzimelor sunt complet inactivate prin incalzire la temperatura in jur de 800C, unele din ele se inactiveaza chiar la 550C, dar exista si enzime care se inactiveaza la 1000C. La temperaturi joase, activitatea enzimelor se miscoreaza sau devine chiar nula; ridicandu-se temperatura, enzimele isi reiau activitatea – fenomen care se intampla in cazul semintelor multor plante , care sunt rezistente la ger, sau in cazul congelarii alimentelor, cand nu sufera modificari de calitate. Concentratia ionilor de H, din mediul de reactie, influenteaza activitatea enzimelor. Pentru fiecare enzima exista un pH optim, in care activitatea ei este maxima. Influenta pH – ului asupra activitatii enzimelor se reprezinta dupa o curba in forma de clopot, al carui maxim constituie pH – ul optim de actiune a fiecarei enzime. Radiatiile ionizante. Activitatea enzimelor mai poate fi influentata de radiatii. Lumina vizibila nu are influenta asupra activitatii enzimelor, decat in prezenta de substante sensibilizante. Radiatiile ultraviolete (UV) fiind absorbite de substanele proteice , datorita resturilor de aminoacizi aromatici din molecule, pot sa produca ruperea unor legaturi care determina denaturarea proteinelor si deci inactivarea enzimelor. Radiatiile ionizante ( razele X, radiatiile radioactive de tip α, β, γ) in anumite doze, actioneaza asupra structurii si activitatii enzimelor. Efectul acestor radiatii poate fi direct, prin producerea ionizarii moleculelor de enzima, sau indirect , prin producerea ionizarii mediului in care se afla enzima, cu formarea de radicali liberi. Ambele efecte duc la inactivarea enzimelor, prin modificari la nivelul structurii lor. In special , sunt sensibile la aceste radiatii enzimele care contin grupe - SH. Prin introducerea in mediul de reactie a unor antioxidanti (glutation redus, cisteina, acid ascorbic) se pot proteja gruparile - SH din situsul catalitic al unor enzime. Preparate enzimatice Activitatea catalitica a enzimelor, extrem de importanta din punct de vedere fiziologic, prezinta si o deosebita importanta practica. O serie de industrii care prelucreaza materii prime de origine vegetala sau animala au de-a face in procesele lor tehnologice cu reactii catalizate de enzime, care sunt proprii acestor materii prime sau sunt elaborate de microorganismele ce se dezvolta in/pe ele. Reactii enzimatice similare pot avea loc insa si cu enzime izolate sau cu sisteme extrase din diferite surse bogate in enzime si introduse apoi in procesele

46

tehnologice in scopul realizarii unor transformari dorite. Aceste enzime sau sisteme enzimetice izolate din speciile in care au fost elaborate se numesc preparate enzimatice. Ele se caracterizeaza printr-o puritate mai mica sau mai mare enzimatica, in functie de cantitatea si tipul compusilor ce le insotesc, proveniti din aceeasi sursa enzimatica. Cu alte cuvinte, preparatele enzimatice pot fi mai mult sau mai putin pure (purificate). Pentru obtinerea unor preparate enzimatice, trebuie ales un material biologic bogat in enzime, cu o puternica activitate catalitica, si care sa se prelucreze usor. Materiile prime folosite la obtinerea preparatelor enzimatice pot fi de natura vegetala, animala, sau microbiana. La plante, concentratii mari de enzime se intalnesc in seminte, in boabele de cereale germinate si negerminate, in fructe, in radacini, in seva, in frunze. La animale, enzimele se gasesc in toate celulele, insa concentratii mari de anumite enzime se gasesc localizate in diferite organe si tesuturi specializate in producerea de enzime, asa cum sunt glandele salivare, mucoasa stomacului, pancreasul, mucoasa intestinala. O sursa foarte importanta de enzime , pentru obtinerea preparatelor enzimatice o constituie microorganismele: bacterii, drojdii si mucegaiuri. Acestea prezinta avantajul ca se pot obtine cu usurinta in cantitati mari prin inmultire in instalatii speciale, pe medii de cultura ieftine, de obicei pe subproduse ale industriei alimentare (tarate de grau, extract de porumb, melasa, sroturi de soia si de floarea soarelui, etc.) De asemenea, ciclul de dezvoltare al microorganismelor este foarte scurt, in comparatie cu ciclul de dezvoltare al animalelor si plantelor, iar productia lor de enzime poate fi mult marita prin selectarea si utilizarea tulpinilor si mutantelor productive si/sau prin utilizarea unor conditii optime de cultivare. Procesul de extractie a enzimelor din materiile prime enzimatice este precedat , cu exceptia enzimelor extracelulare elaborate de microorganisme, intotdeauna de operatia de dezintegare a celulelor, cu aparate speciale, pentru eliberareea enzimelor. Dupa dezintegrarea celulelor, urmeaza operatia de extractie a lor, care consta in amestecarea materialului cu solventi care dizolva enzimele , urmata de separarea solutiei de enzime de toate particulele in suspensie. Solubilizarea se realizeaza prin tratarea materialului cu apa sau solutii de saruri, dupa cum enzima sau grupul de enzime care intereseaza, este solubil in apa sau in diferite solutii. Molaritatea solutiilor si pH – ul mediului de extractie, precum si timpul necesar unei extractii optime se stabilesc experimentaL. Amestecul de material si solvent este centrifugat, iar supernatantul reprezinta extractul enzimatic brut care poate fi utilizat ca atare, dupa concentare, sau dupa uscare, sau este supus operatiei de purificare. In extracte, enzimele se gesesc alaturi de o multime de substante care au fost extrase in acelasi timp, deoarece au fost solubile si ele, in solventii de extractie folositi. In general , metodele de purificare se refera fie la indepartarea impuritatilor din extract, fie la indepartarea enzimei din extract prin precipitare, adsorbtie sau extractie. Dupa aceasta operatie, se obtin preparate enzimatice partial purificate. Cand preparatul enzimatic a fost adus intr-o stare avansata de puritate este posibila cristalizarea lui.

47

Pentru aprecierea puritatii preparatelor enzimatice se utilizeaza curbele de solubilitate, care stabilesc variatia cantitatii de enzima solubilizata in functie de cantitatea de enzima introdusa. In scopul utilizarii repetate a unei enzime si pentru desfasurarea in instalatii continue sau semicontinue a reactiilor enzimatice, in practica industriala, au capatat o larga utilizare , in ultimul timp, preparatele enzimatice imobilizate. Aceste preparate au o serie de avantaje, putandu-se prelucra o cantitate mai mare de substrat cu aceeasi enzima, enzima care nu ramane in produs, existand posibilitatea opririi reactiei la momentul dorit, printr-o simpla operatie mecanica, etc. Cu toate aceste avantaje, deocamdata industria alimentara utilizeaza aceste preparate enzimatice imobilizate numai in cateva procese tehnologice (exemplu: utilizarea lactazei imobilizate pentru hidroliza lactozei din lapte sau zer)

BIBLIOGRAFIE Bodea C. - Tratat de Biochimie vegetala, vol. I, II, III, Editura Academiei R.S.R., Bucuresti, 1964 – 1966 Dinu Veronica, Trutia E., Cristea Elena popa, Popescu Aurora - Biochimie medicala, Editura medicala, Bucuresti, 1998 Ionescu M. - Biochimia agricola, Editura Ceres, Bucuresti, 1970 Moraru C., Segal b., Banu C.,Giurca V., Pana N., Costin G. – Biochimia produselor alimentare, Editura tehnica, Bucuresti, 1971 Neamtu G., Cimpeanu G., Socaciu Carmen - Biochimie vegetala, Editura Didactica si Petagogica, R.A. Bucuresti, 1993 Neamtu G., Cimpeanu G., Enache A. - Dictionar de biochimie vegetala, Editura Ceres, Bucuresti, 1989 Oeriu S. – Chimie biologica, Tipografia Invatamantului, Bucuresti 1956 Oeriu S. - Biochimie Medicala, Editura Didactica si Petagogica, Bucuresti, 1975 Popescu S. - Biochimia cerealelor , fainurilor si conservarea lor, Editura Didactica si Petagogica, Bucuresti, 1964 Segal Rodica - Biochimie, Universitatea “Dunarea de jos”, Galati, 1992 Soru E. – Biochimie medicala, Editura medicala, Bucuresti, 1959 - 1963 Tamas V., Serban M., Cotrut M. - Biochimie medicala veterinara, Editura Didactica si Petagogica, Bucuresti, 1982 Vasilescu I. – Enzimele, Editura Academiei R.S.R., 1961

48

49

50