Le sostanze proteiche, o proteine o protidi, sono i costituenti chimici più importanti degli organismi animali e vegetali, in quanto costituiscono il materiale chimico sul quale si svolgono per la maggior parte i complessi fenomeni della vita. Tutte le sostanze proteiche sono costituite dai quattro elementi fondamentali: carbonio, idrogeno, ossigeno e azoto. Quasi tutte le proteine contengono zolfo, alcune anche fosforo: poche altre contengono altri elementi (per es., il ferro nell'emoglobina).
Decomposizione delle Proteine: Un Processo Fondamentale
Quando si riscaldano, le proteine si decompongono tutte a poco a poco, carbonizzandosi con sviluppo di gas, senza mostrare un netto punto di fusione. Alcune proteine sono solubili nell'acqua, altre sono invece affatto insolubili: alcune si disciolgono nelle soluzioni acquose di sali neutri oppure in soluzioni debolmente acide o alcaline. Le soluzioni delle proteine sono sempre soluzioni colloidali. Alle proprietà colloidali delle sostanze proteiche è dovuta in gran parte l'importanza che hanno nella vita animale e vegetale.
Sotto l'influenza di svariati agenti fisici e chimici le proteine possono subire un cambiamento più o meno profondo: si trasformano in proteine denaturate. Una simile trasformazione avviene, per es., quando si riscalda una soluzione di una proteina. In queste condizioni (meglio di tutto a un determinato pH) molte proteine coagulano, cioè precipitano completamente dalle loro soluzioni. Le proteine coagulate non hanno più le stesse proprietà che avevano prima: esse sono cioè denaturate.
L'idrolisi profonda delle proteine porta alla formazione di albumose (o proteose) e peptoni. Infine, come prodotti ultimi di scissione, si ottengono diversi amminoacidi, insieme con prodotti secondari di decomposizione (acido solfidrico, ammoniaca, acido acetico, acido propionico, ecc.). Anche certi fermenti (fermenti proteolitici) sono capaci di provocare una simile scissione della molecola proteica.
- Quelli del tipo della pepsina, contenuta nello stomaco degli animali, i quali in ambiente acido (meglio con PH = 3,5 circa) attaccano quasi tutte le proteine native (fanno eccezione le protammine) trasformandole in albumose e peptoni.
- Quelli del tipo della tripsina, contenuta nel succo pancreatico, i quali in ambiente neutro o leggermente alcalino (meglio con PH = 8 circa) attaccano le proteine (alcune più facilmente, altre più difficilmente) e attaccano anche le albumose e i peptoni scindendoli fino ad ammino-acidi.
- Quelli del tipo dell'erepsina, presente nell'intestino tenue, i quali agiscono in ambiente neutro o debolmente alcalino e scindono le albumose e i peptoni fino ad amminoacidi, ma non attaccano le proteine.
Le albumose e i peptoni sono dunque prodotti di scissione intermedi delle proteine: le albumose per la loro complessità si avvicinano di più alle proteine: i peptoni sono i prodotti di una scissione più spinta. Le albumose sono solubili nell'acqua ma, a differenza dalle proteine, non coagulano per azione del calore: conservano però la proprietà che avevano le proteine di essere precipitate dalle loro soluzioni per aggiunta di solfato d'ammonio o di magnesio.
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Amminoacidi: I Mattoni delle Proteine
Il più semplice di questi è l'acido ammino-acetico o glicocolla o glicina CH2(NH2) − COOH. è conosciuto col nome di alanina e il suo derivato ossidrilico della formula CH2(OH) − CH(NH2) − COOH è chiamato comunemente serina. e da questa si può riformare per riduzione. Oltre a questi amminoacidi che sono i più comuni, ne sono stati ricavati alcuni altri in piccole quantità soltanto da alcune speciali sostanze proteiche.
Non da tutte le sostanze proteiche si formano per scissione tutti gli amminoacidi sopra rammentati e nelle stesse quantità. Al contrario ogni sostanza proteica differisce dalle altre perché, come risulta dalla scissione, ognuna è formata da amminoacidi di qualità e in quantità differenti. Così, per es., mentre le protammine dànno per scissione grande quantità di arginina o di istidina, dalle altre sostanze proteiche se ne ottiene sempre in piccole quantità; mentre la colla o gelatina dà per scissione molta glicocolla (circa il 25%), altre sostanze proteiche, per es. l'albumina e la caseina, non ne contengono affatto. La gelatina invece non contiene triptofano, la zeina non contiene né triptofano né lisina né cisteina. Questo fatto ha una grande importanza per l'alimentazione degli animali.
Partendo dal concetto che le singole molecole degli amminoacidi fossero collegate in tal modo con legame ammidico, E. Fischer riuscì a preparare artificialmente una serie di composti di questo tipo ai quali dette il nome di polipeptidi. Fischer e i suoi allievi riuscirono con diversi metodi a concatenare con legame ammidico 2, 3,.... e finanche 19 molecole di amminoacidi eguali o differenti. Fu osservato che i polipeptidi ottenuti presentano molta somiglianza con i peptoni, comprese le proprietà colloidali delle loro soluzioni. Essi vengono idrolizzati non solo dagli acidi e dagli alcali per dare separate le singole molecole di amminoacidi che li costituiscono, ma vengono scissi anche dagli stessi fermenti proteolitici che scindono i peptoni. La pepsina del succo gastrico che non attacca i peptoni, non idrolizza neppure i polipeptidi. La tripsina e la erepsina invece, che sono capaci di scindere i peptoni, idrolizzano anche molti polipeptidi artificiali e precisamente quelli formati da amminoacidi proteici, cioè da quelle forme otticamente attive di amminoacidi che sono contenute ordinariamente nelle sostanze proteiche. Essi scindono, per es., i polipeptidi contenenti l-leucina o d-alanina, ma non quelli nella composizione dei quali entra la d-leucina o la l-alanina.
La Sostanza Organica del Suolo (SOM)
Nel suolo la sostanza organica può essere considerata come una miscela di composti derivati da piante e microrganismi a diversi stadi di degradazione, partendo dai residui biologici freschi fino ad arrivare a composti già quasi trasformati in humus, cioè in materiale organico capace di migliorare la fertilità del suolo. Il primo gruppo costituisce un insieme di composti a piccolo peso molecolare e ad alta solubilità nella soluzione del suolo, prontamente disponibili come fonte di energia e quindi facilmente degradabili dalla flora microbica per cui hanno un tempo di residenza nel suolo breve. Il secondo gruppo è costituito da composti a più alto peso molecolare, poco o per niente solubili in acqua.
La mineralizzazione della sostanza organica, favorita in ambienti ben aerati e con un'intensa attività biologica, porta ad una decomposizione del materiale organico e si verifica in presenza di microrganismi eterotrofi che necessitano di energia e di fonti di azoto per lo svolgimento delle proprie funzioni e la sintesi dei propri composti.
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Fattori che Influenzano la Decomposizione
La velocità di degradazione non è influenzata solo dalla resistenza intrinseca delle molecole a seconda del tipo di struttura chimica, ma anche dalla loro interazione con la frazione minerale. Le trasformazioni cui la sostanza organica del suolo è sottoposta avvengono grazie a un insieme di reazioni chimiche e biologiche dove la fauna del suolo ha un ruolo fondamentale.
Le condizioni climatiche influenzano notevolmente il turnover della sostanza organica in quanto la disponibilità di acqua e la temperatura del suolo regolano le reazioni di ossidazione e influenzano in modo diverso la crescita vegetale e l'attività microbica. Anche le proprietà del suolo possono influenzare la velocità di decomposizione della sostanza organica. Importante è la tessitura in quanto in suoli con alti contenuti di argilla si formano complessi organo-minerali che proteggono la sostanza organica dalla degradazione, mentre in suoli sabbiosi la degradazione è più veloce.
Bisogna tener conto che anche la disponibilità dei nutrienti N (azoto), S (zolfo) e P (fosforo) svolge un importante controllo sulla decomposizione della sostanza organica. Infatti tali elementi sono contenuti in gran parte nella SOM, ma possono essere assimilati dalle piante solo in forma inorganica. Un altro parametro molto importante è l'acidità del suolo che non solo influenza le reazioni chimiche ma orienta l'attività biologica.
L'Importanza della SOM per la Vita del Suolo e delle Piante
La sostanza organica ha un effetto diretto sulla crescita delle piante grazie alla sua influenza sulle proprietà fisiche, chimiche e biologiche del suolo. Essa infatti favorendo la strutturazione, facilita le coltivazioni e consente la circolazione di gas e soluzioni all'interno del materasso terroso. Ha un'elevata superficie specifica, interagisce con i metalli e con i minerali argillosi, agisce come scambiatore ionico e costituisce una riserva di azoto. La sostanza organica contiene inoltre il 20-80% del fosforo presente nel suolo e in suoli non calcarei, e oltre il 90% dello zolfo totale. Essa costituisce la fonte energetica per i batteri azotofissatori, favorisce lo sviluppo delle radici (quindi le possibilità nutritive della pianta), la fotosintesi e la germinazione dei semi.
La presenza di sostanza organica garantisce una buona porosità, che aumenta l'aerazione e il drenaggio del suolo. Ciò favorisce lo sviluppo delle radici, l'attività della biomassa e l'attuarsi dei cicli degli elementi nutritivi da cui dipende la fertilità del suolo.
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La sostanza organica influenza la capacità di ritenzione idrica non solo perché aumenta la porosità e migliora la struttura del suolo ma anche perché è in grado di trattenere grandi quantitativi di H2O come acqua di idratazione.
La sostanza organica ha inoltre una forte influenza sul pH del suolo, in quanto provoca acidificazione perché stimola la crescita della biomassa microbica che produce biossido di carbonio acidificando il suolo.
Amminoacidi Essenziali e Non Essenziali
Sono definiti essenziali quegli aminoacidi che l'organismo umano non riesce a sintetizzare in quantità sufficiente a far fronte ai propri bisogni. Sono definiti aminoacidi condizionatamente essenziali (L-arginina, L-glicina, L-glutammina, L-prolina e L-taurina) quegli aminoacidi che ricoprono un ruolo fondamentale nel mantenimento dell'omeostasi e delle funzioni dell'organismo in determinate situazioni fisiologiche. In ogni caso queste carenze possono essere superate semplicemente utilizzando appropriate associazioni alimentari ad esempio pasta e fagioli.
Oltre a quelli coinvolti nella sintesi delle proteine, molti altri aminoacidi svolgono funzioni molto importanti.
L'orientamento verso l'accumulo o verso la mineralizzazione della sostanza organica dipende da un delicato equilibrio che può essere preservato soltanto se l'intervento dell'uomo tiene conto di tutti i fattori che concorrono ai due processi.
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