Le Proteine: composizione, fonti e funzioni biologiche per la scuola superiore

SEZIONE 5

Le proteineLE PROTEINE LE PROTEINE - sono composti quaternari apporto giornaliero raccomandato presentano contenenti macromolecole 10-15% dell'apporto totale di energia C, H, O, N formate da principali fonti alimentari 20 sono AMMINOACIDI uova, latte, carne, pesce, legumi di cui 0,9 g/kcal peso corporeo 8 essenziali struttura secondaria determinano contengono funzioni nell'organismo umano struttura terziaria valore biologico della proteina plastica struttura quaternaria regolatrice GRUPPO AMMINICO -NH2 GRUPPO CARBOSSILICO -COOH energetica = 4 kcal/g legame peptidico per azione di agenti fisico-chimici si possono modificare: denaturazione proteica hub SCUOLA fabbisogno nutrizionale struttura primariaPag. 120/1

Proteine: Costituenti Cellulari

PROTEINE Le proteine o protidi sono i principali costituenti strutturali delle cellule degli esseri viventi. Nel corpo umano costituiscono circa il 18% del peso. hub SCUOLAPag. 120/2

Composizione Chimica delle Proteine

PROTEINE Sono composti quaternari; sono formate da quattro elementi: carbonio (C), idrogeno (H), ossigeno (O) e azoto (N), ma possono contenere anche zolfo (S) o fosforo (P). hub SCUOLAPag. 120/3

Proteine e Amminoacidi

PROTEINE Le proteine sono macromolecole formate dall'unione di molte unità elementari dette amminoacidi (AA). proteina amminoacido gruppo amminico NH2 catena di amminoacidi H-C-COOH R gruppo carbossilico gruppo R variabile proteina AA AA AA AA AA AA = amminoacido hub SCUOLAPag. 121/1

Struttura degli Amminoacidi

AMMINOACIDI Gli AA presentano nella stessa molecola il gruppo funzionale amminico -NH2 (basico) e il gruppo carbossilico -COOH (acido) a cui è legata una parte variabile (R) specifica di ogni amminoacido. H H H gruppo carbossilico gruppo amminico N C C H O R parte variabile hub SCUOLAPag. 121/2

Amminoacidi Essenziali

AMMINOACIDI Gli AA presenti nelle proteine sono di 20 tipi. Alcuni dei 20 AA sono detti essenziali, in quanto non possono essere sintetizzati dall'organismo umano a partire da altri composti e devono essere introdotti con gli alimenti per evitare gravi carenze nutrizionali. hub SCUOLAPag. 121/3

Classificazione degli Amminoacidi

AMMINOACIDI AMMINOACIDI ESSENZIALI NON ESSENZIALI l'organismo umano può produrli l'organismo umano non può produrli devono essere introdotti con gli alimenti non è necessario introdurli con gli alimenti hub SCUOLAPag. 123/1

Legame Peptidico

LEGAME PEPTIDICO Gli AA si legano tra loro mediante un legame peptidico, tra un gruppo amminico e uno carbossilico, con liberazione di una molecola di acqua. H amminoacido 1 H amminoacido 2 H legame peptidico H H H H H H H H N C C N C C H H H R R R dipeptide acqua N C C H N C C R O H hub SCUOLAPag. 123/2

Oligopeptidi, Polipeptidi e Proteine

LEGAME PEPTIDICO Secondo il numero di AA coinvolti nei legami peptidici si ottengono:

• oligopeptidi: pochi amminoacidi;
• polipeptidi: qualche decina di amminoacidi;
• proteine: centinaia di amminoacidi.

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Funzione e Forma delle Proteine

STRUTTURA DELLE PROTEINE La funzione di una proteina dipende sia dalla composizione di AA sia dalla forma che assume nello spazio, la quale è stabilizzata da legami che si instaurano tra diversi punti della molecola. hub SCUOLAPag. 124/2

Livelli di Organizzazione Strutturale delle Proteine

STRUTTURA DELLE PROTEINE Esistono quattro livelli di organizzazione strutturale delle proteine:

• primaria;
• secondaria;
• terziaria;
• quaternaria.

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Struttura Primaria delle Proteine

STRUTTURA PRIMARIA La struttura primaria è il primo livello di organizzazione delle proteine, il più semplice. È definita dal numero, dal tipo e dalla sequenza amminoacidica della catena polipeptidica. STRUTTURA PRIMARIA amminoacidi hub SCUOLAPag. 124/4

Importanza della Struttura Primaria

STRUTTURA PRIMARIA La struttura primaria determina sia la forma sia la funzione che svolge la proteina. Una piccola variazione nella sequenza può causare gravi alterazioni nell'attività biologica della proteina stessa. hub SCUOLAPag. 124/5

Struttura Secondaria delle Proteine

STRUTTURA SECONDARIA La struttura secondaria è determinata dalla disposizione nello spazio di tratti più o meno lunghi della catena polipeptidica, i quali assumono una struttura regolare. hub SCUOLAPag. 124/6

Tipi di Strutture Secondarie

STRUTTURA SECONDARIA Le strutture secondarie più comuni sono:

• a-elica;
• ß-foglietto.

STRUTTURA SECONDARIA a-elica ß-foglietto hub SCUOLAPag. 125/1

Struttura Terziaria delle Proteine

STRUTTURA TERZIARIA La struttura terziaria è la conformazione tridimensionale complessiva della proteina dovuta all'ulteriore ripiegamento delle catene ad a-elica o dei ß-foglietti, che dà origine a forme specifiche (sferoidale, allungata). hub SCUOLAPag. 125/2

Struttura Quaternaria delle Proteine

STRUTTURA QUATERNARIA La struttura quaternaria è data dall'unione di due o più subunità (catene polipeptidiche uguali o diverse tra loro), unite mediante legami deboli. L'emoglobina, ad esempio, è costituita da quattro subunità. STRUTTURA QUATERNARIA (emoglobina) catene beta gruppo eme ferro catene alfa subunità assemblate hub SCUOLAFACCIAMO IL PUNTO

Riepilogo Concetti Fondamentali

1. Le proteine sono composti quaternari, perché?
2. Quali sono i «mattoncini» che costituiscono le proteine?
3. Che cosa sono gli amminoacidi essenziali?
4. Le proteine hanno quattro livelli di organizzazione di complessità crescente, dette strutture. Descrivile.

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Classificazione delle Proteine in Base alla Forma

CLASSIFICAZIONE DELLE PROTEINE: IN BASE ALLA FORMA Forme comuni che assumono le proteine:

• allungata proteine fibrose. Svolgono funzione strutturale o meccanica. Formano le fibre dei capelli o dei tendini (cheratina, collagene, elastina);
• sferoidale e compatta proteine globulari. È tipica delle proteine di trasporto, degli enzimi, di alcuni ormoni.

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Classificazione delle Proteine in Base alla Composizione Chimica

CLASSIFICAZIONE DELLE PROTEINE: IN BASE ALLA COMPOSIZIONE CHIMICA

• Proteine semplici, o omoproteine costituite da soli amminoacidi. Esempi: albumine, globuline, glutenine, gliadine, ecc.
• Proteine coniugate, o eteroproteine costituite da una parte proteica e da un gruppo non proteico. Esempi: lipoproteine, glicoproteine, metalloproteine, ecc.

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Classificazione delle Proteine in Base alla Funzione

CLASSIFICAZIONE DELLE PROTEINE: IN BASE ALLA FUNZIONE

• P. strutturali costituenti di tessuti, es. il collagene.
• P. di trasporto trasportano specifiche sostanze tra le cellule, es. l'emoglobina.
• P. contrattili partecipano alla contrazione muscolare, es. l'actina e la miosina.
• P. di regolazione gli ormoni e gli enzimi.
• P. di difesa dell'organismo gli anticorpi del siero.

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Classificazione delle Proteine in Base al Valore Biologico (VB)

CLASSIFICAZIONE DELLE PROTEINE IN BASE AL VALORE BIOLOGICO (VB)

• Proteine ad alto VB o complete contengono tutti gli AAE (uova, carne, pesce, latte, formaggi).
• Proteine a medio VB o parzialmente complete difettano in alcuni AAE (i legumi sono poveri di metionina e cisteina).
• Proteine a basso VB o incomplete carenti in alcuni AAE (i cereali non contengono lisina).

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Combinazione di Alimenti per un Apporto Proteico Completo

CLASSIFICAZIONE DELLE PROTEINE IN BASE AL VALORE BIOLOGICO (VB) COMBINAZIONE DI ALIMENTI ALIMENTI ALIMENTI COMPLEMENTARI ESEMPI Legumi AA limitanti: metionina, cisteina Ricchi di lisina + Cereali Frutta secca a guscio, semi - Fagioli e riso Ceci e cous cous Minestrone Cereali AA limitante: lisina Ricchi di metionina, cisteina + Legumi = Zuppa d'orzo e lenticchie Pane e panelle Pane e hummus Frutta secca a guscio, semi AA limitanti: lisina e isoleucina Ricchi di metionina, cisteina + Legumi = Insalata di fagioli con semi di girasole Ceci con semi di sesamo Fagioli di Spagna con anacardi hub SCUOLAPag. 128/1

Denaturazione Proteica

DENATURAZIONE PROTEICA E la perdita della conformazione nativa della proteina (la struttura primaria rimane inalterata) con conseguente perdita della funzione biologica. Agenti denaturanti sono di tipo:

• chimico acidi, basi, alcol, sali, enzimi;
• fisico calore, azioni meccaniche persistenti.

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Irreversibilità della Denaturazione Proteica

DENATURAZIONE PROTEICA La denaturazione proteica è irreversibile, basta osservare i cambiamenti di un uovo sottoposto agli effetti del calore. proteina attiva proteina inattiva esempio: uovo fritto hub SCUOLAPag. 129/1

Enzimi: Catalizzatori Biologici

ENZIMI Sono catalizzatori biologici, ovvero aumentano la velocità delle reazioni biologiche. Sono specifici verso i substrati e i prodotti: ogni enzima catalizza soltanto un tipo di reazione. hub SCUOLAPag. 129/2

Nomenclatura degli Enzimi

ENZIMI Sono nominati con il nome del substrato o della reazione catalizzata con il suffisso -asi. Es. la saccarasi è attiva sul saccarosio, la lattasi sul lattosio. hub SCUOLAPag. 129/3

Meccanismo d'Azione di un Enzima

ENZIMI MECCANISMO D'AZIONE DI UN ENZIMA substrati stato di transizione prodotto liberato -sito attivo enzima complesso enzima-substrati enzima inalterato hub SCUOLAFACCIAMO IL PUNTO

Punti Chiave sulle Proteine

1. Descrivi la differenza tra proteine globulari e fibrose.
2. In base al valore biologico, come si classificano le proteine?
3. Che cos'è la denaturazione proteica?
4. Parla degli enzimi.

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Funzioni delle Proteine

FUNZIONI DELLE PROTEINE

• Funzione plastica o strutturale formano nuovi tessuti e riparano quelli esistenti.
• Funzione regolatrice regolano il metabolismo. Basti pensare agli enzimi o agli ormoni.
• Funzione energetica se introdotte in eccesso, sono utilizzate per la produzione di energia o trasformate in grasso di deposito.

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Ruolo delle Proteine nella Dieta

FUNZIONI DELLE PROTEINE 1 grammo di proteine = 4 kcal (17 kJ) A che cosa servono le proteine nella dieta? svolgono funzione di trasporto forniscono energia 4 kcal/g possono trasformarsi in grasso di riserva (se l'apporto è superiore al fabbisogno) costruiscono tessuti formano anticorpi 1 formano ormoni formano enzimi hub SCUOLAPag. 131/1

Apporto Giornaliero di Proteine Raccomandato

APPORTO GIORNALIERO DI PROTEINE Il fabbisogno proteico varia a seconda dell'età: è elevato nei primi anni di vita e nell'età evolutiva. Nell'adulto il valore raccomandato per l'assunzione di proteine è di 0,9 g/kg/die (circa10-15% delle calorie totali). Per le donne il valore è leggermente maggiore in gravidanza e nell'allattamento. hub SCUOLAPag. 131/2

Proteine e Sostenibilità Ambientale

PROTEINE E SOSTENIBILITÀ Le proteine di origine animale hanno un impatto ambientale maggiore (utilizzano più risorse e producono più gas a effetto serra) rispetto a quelle di origine vegetale. hub SCUOLAPag. 131/3

Impatto Ambientale delle Fonti Proteiche

PROTEINE E SOSTENIBILITÀ Sostituire la carne con fonti proteiche di origine vegetale giova alla nostra salute e a quella del pianeta. CONTENUTO PROTEICO ED EMISSIONI DI GAS A EFFETTO SERRA (GHGe) 20 35 + 30 15 + 25 20 10 + 15 5 - 5 0 . 0 MILK piselli pollo uova tofu lenticchie manzo grano latte di soia latte vaccino hub SCUOLA GHGe (kg di CO2 eq per 100 g di cibo) contenuto proteico (g/100 g) + 10