biochimie curs1

17
Dr. Sorin Gheorghe Bolog – BIOCHIMIE – curs I BIOCHIMIE Cuprins: Programa de invatamant - BIOCHIMIE...................................1 CAP. I – BIOMOLECULE SI CELULE.......................................2 Ierarhia organizarii moleculare a celulelor.........................3 Biomolecule primordiale.............................................3 Originea biomoleculelor.............................................5 Biomolecule, structuri supramoleculare si organite celulare.........5 Organizarea structurala a celulelor.................................6 REZUMAT............................................................12 Programa de invatamant - BIOCHIMIE I. Descrierea componentelor materiei vii si legaturile dintre ele: a. Componentele materiei vii – elementele fundamentale - C,H, O, N, P, S; substante organice – proteine, glucide, lipide; substante anorganice – apa, anioni, cationi; b. Structura si proprietatile materiei vii si legaturile dintre acestea. II. Caracterizarea metabolismului materiei vii: a. Metabolism – definitie, caracterizare, anabolism, catabolism; b. Tipuri de metabolism – intermediar glucidic, lipidic, proteic, hidro-electrolitic; energetic si bazal – 1

Upload: cami-manaila

Post on 03-Jan-2016

448 views

Category:

Documents


6 download

DESCRIPTION

i

TRANSCRIPT

Page 1: biochimie curs1

Dr. Sorin Gheorghe Bolog – BIOCHIMIE – curs I

BIOCHIMIE

Cuprins:

Programa de invatamant - BIOCHIMIE........................................................................................................1

CAP. I – BIOMOLECULE SI CELULE................................................................................................................2

Ierarhia organizarii moleculare a celulelor..............................................................................................3

Biomolecule primordiale.........................................................................................................................3

Originea biomoleculelor..........................................................................................................................5

Biomolecule, structuri supramoleculare si organite celulare..................................................................5

Organizarea structurala a celulelor..........................................................................................................6

REZUMAT...............................................................................................................................................12

Programa de invatamant - BIOCHIMIEI. Descrierea componentelor materiei vii si legaturile dintre ele:

a. Componentele materiei vii – elementele fundamentale - C,H, O, N, P, S; substante organice – proteine, glucide, lipide; substante anorganice – apa, anioni, cationi;

b. Structura si proprietatile materiei vii si legaturile dintre acestea.

II. Caracterizarea metabolismului materiei vii:a. Metabolism – definitie, caracterizare, anabolism, catabolism;b. Tipuri de metabolism – intermediar glucidic, lipidic, proteic, hidro-electrolitic;

energetic si bazal – substantele energetice, mecanismele termogenezei / termolizei, mecanismele de reglare a temperaturii corpului; cai metabolice principale;

c. Interrelatiile dintre diferitele tipuri de metabolism – cai metabolice comune, reglarea cailor metabolice, utilizarea specifica a resurselor metabolice, dereglarile metabolice si efectele lor asupra organismului.

III. Importanta enzimelor, hormonilor si vitaminelor in reglarea functiilor organismului:a. Vitaminele – generalitati, clasificare, rol; manifestari determinate de carenta lor;

1

Page 2: biochimie curs1

Dr. Sorin Gheorghe Bolog – BIOCHIMIE – curs I

b. Enzimele – biosinteza, biodegradarea, rolul lor in functionarea organismului;c. Hormonii – defintie, clasificare, rolul lor in organism, mod de actiune; patologia

legata de hipo/hipersecretia lor.

CAP. I – BIOMOLECULE SI CELULEIn acest prim capitol vom dezvolta ideea studierii biomoleculelor din urmatoarele

puncte de vedere:

- Examinarea structurii si proprietatilor lor dupa principiile si metodele chimiei clasice;

- Examinarea lor in lumina ipotezei evolutionismului – biomoleculele sunt produsi ai selectiei in timpul evolutiei, sunt cele mai potrivite pentru functia lor biologica si interactioneaza intre ele in moduri specifice, conform logicii moleculare a materiei vii;

Pe Terra, unele elemente chimice s-au selectat si au devenit apte pentru a forma molecule proprii organismelor vii. Doar 27 din cele 90 de elemente chimice naturale sunt componente esentiale ale diferitelor elemente vii de pe Terra.

- Elemente componente ale materiei organice – O, C, N, H, P, S, ioni monoatomici – Na+, K+, Mg2+, Ca2+, Cl-;

- Elemente componente ale materiei organice prezente in cantitati foarte mici – Mn, Fe, Co, Cu, Zn, B, Al, V, Mo, I, Si, Sn, Ni, Cr, F, Se;

Exista mari diferente intre raspandirea elementelor in scoarta pamantului si in organismele vii:

Compus Scoarta Terrei Organismul uman

O2 47% 25,5%

C 0,19% 9,5%

H 0,22% 63%

Cele mai raspandite elemente in organismul uman sunt – H, O, C, N = 96% din masa celulara.

2

Page 3: biochimie curs1

Dr. Sorin Gheorghe Bolog – BIOCHIMIE – curs I

Ierarhia organizarii moleculare a celulelorToate biomoleculele organismului uman provin din precursori foarte simpli, cu masa

moleculara mica, proveniti din mediu (marele laborator al naturii!) – CO2, H2O, NH3.

Acesti precursori din mediu, prin intermediul unor mecanisme metabolice (cu compusi intermediari: Piruvat, Citrat, Malat, Gliceraldehida-3-fosfat), sunt transformati de catre organismele vii in compusi organici cu masa moleculara ceva mai mare, numite si biomolecule de baza sau unitatile constituiente: Nucleotide, Aminoacizi, Monozaharide, Acizi grasi, Glicerol.

Biomoleculele de baza se leaga intre ele prin legaturi covalente (?) rezultand macromolecule proprii celulei vii: Acizi nucleici, Proteine, Polizaharide, Lipide.

La un nivel superior macromoleculele se combina rezultand ansamble supramoleculare: Ribozomi, Complexe enzimatice, Sisteme contractile, Microtubuli.

La randul lor aceste ansamble se organizeaza foarte precis in organite celulare care vor compune si asigura functionalitatea celulei vii: Nucleu, Mitocondrie, Corpusculi Golgi, etc.

Principalele clase de biomolecule au functii identice in toate tipurile de celule - Acizii nucleici – ADN. ARN – transmiterea informatiei genetice; proteinele sunt produsi si efectori ai actiunii genelor (enzime sau elemente structurale); polizaharidele – depozit de energie si elemente structurale; lipidele – depozit energetic si element structural.

Biomolecule primordialeIntr-o celula de E.coli – exista aproximativ 3000 de tipuri diferite de proteine si 1000 de

tipuri de acizi nucleici. Toate aceste proteine sunt formate din doar 20 de aminoacizi , iar acizii nucleici din 8 tipuri de nucleotide diferite.

Aminoacizi – Glicocol (glicina), Treonina, Acid aspartic, Alanina, Fenilalanina, Asparagina, Valina, Tirozina, Ac. Glutamic, Glutamina, Leucina, Triptofan, Histidina, Izoleucina, Cistenina, Arginina, Serina, Prolina, Lizina, Metionina.

Alte biomolecule primordiale : Uracil, Timina, Citozina, Adenina, Guanina, Alfa-D-Glucoza, Alfa-D-Riboza, Alcool glucidic, Alcool azotat, Acid palmitic, etc.

3

Page 4: biochimie curs1

Dr. Sorin Gheorghe Bolog – BIOCHIMIE – curs I

4

CO2, H2O, N2 – precursori din mediu

Produsi intermediari metabolici

Piruvat, Citrat, Malat, Gliceraldehida-3-fosfat

Unitati constituiente

Nucleotide, Aminoacizi, Monozaharide, Acizi grasi,

Glicerol

Macromolecule

Acizi nucleici, Proteine, Polizaharide, Lipide

Ansamble supramoleculare

Ribozomi, Complexe enzimatice, Sisteme

contractile, Microtubuli

OrganiteCelula, Nucleu, Mitocondrie,

Corpusculi Golgi, etc.

Page 5: biochimie curs1

Dr. Sorin Gheorghe Bolog – BIOCHIMIE – curs I

Principalele elemente ce alcătuiesc structura unei nucleotide:

Nucleotide: Adenosin monofosfat – AMP, Adenosin difosfat – ADP, Adenosin trifosfat – ATP, Guanosin monofosfat – GMP, Guanosin difosfat – GDP, Guanosin trifosfat – GTP, Timidina monofosfat – TMP, Timidina difosfat – TDP, Timidina trifosfat – TTP, etc.

Originea biomoleculelorIn istoria indepartata a pamantului au existat numerosi compusi organici diferiti, in

concentratii mari, la suprafata oceanelor – “supa”. Sub actiunea diferitilor agenti fizici – lumina in spectru vizibil, UV, raze X, radiatii gamma, descarcari electrice cu scanteie sau neluminoase, US, unde de soc, particule alfa si beta, etc. s-au format primele biomolecule care, mai apoi s-au combinat formand primele celule vii. Organismele vii au aparut probabil acum 4000 de milioane de ani in urma. Biomoleculele erau mult mai diverse decat cele pe care le cunoastem astazi, ele suferind un proces de selectie, cele care s-au combinat intr-un mod care le-a conferit “persistenta” in timp, plasticitatea necesara au ramas si au “evoluat” spre organizarea elementelor vii.

Biomolecule, structuri supramoleculare si organite celulareIn celulele vii exista o organizare ierarhica – biomoleculele formeaza macromoleculele,

macromoleculele sunt componentele complexeor supramoleculare, iar acestea din urma sunt organizate in organite celulare care stau la baza organizarii structurale si functionale a celulei.

5

Page 6: biochimie curs1

Dr. Sorin Gheorghe Bolog – BIOCHIMIE – curs I

Este deosebit de importanta aceasta structurare in existenta unei celule vii. La om, exista boala denumita anemia cu celule in secera (drepanocitara). De fapt este un defect determinat de numai 2 aminoacizi (2 molecule de acid glutamic sunt inlocuite de 2 molecule de valina) din cei 600 de aminoacizi care formeaza hemoglobina – Hb. Acest defect determina o modificare de structura a Hb care va duce la schimbarea formei celulei rosii care capata o formade semiluna, de secera. La randul lor aceste celule anormale nu vor functiona normal si vor fi cauza unor microtromboze repetate si a unui turn-over rapid.

Organizarea structurala a celulelorPe parcursul studiului Biochimiei va trebui sa raportam structura si functia dinamica a

fiecarui tip de biomolecula la structura si rolul biologic al diferitelor componente celulare: pereti celulari, membrane celulare si intracelulare, ribozomi, cloroplastele, sistemele contractile, reticulul endoplasmic si nucleul celular.

Exista 2 mari clase de celule – procariote si eucariote.

Organizarea celulelor procariote:

6

Page 7: biochimie curs1

Dr. Sorin Gheorghe Bolog – BIOCHIMIE – curs I

- Primele aparute pe scara evolutiei;

- Celulele procariote sunt celule foarte mici, simple, delimitate de membrana celulara (frecvent aceasta este inconjurata de un perete celular rigid); peretele celular – schelet rigid de lanturi polizaharidice de care sunt legate scurte lanturi pepdidice; suprafata exterioara este acoperita cu lipopolizaharide; pilii sunt prezenti numai la anumite bacterii si sunt prelungiri ale peretelui celular; 45% din membrana celulara sunt lipide si 55% proteine; intravaginarile membranei celulare se numesc mezozomi. Proprietati si functii – protejeaza celula impotriva umflarii in mediu hipoton (bogat in apa); permite trecerea moleculelor mici; are permeabilitate selectiva – lasa apa, anumite substante hranitoare si ionii metalici sa treaca liberi; gazda pentru enzimele care transforma energia alimentara in energie inmagazinata in ATP.

- Nu au organite cu membrana – mitocondrii si reticul endoplasmic.

- Nu au nucleu. Au un singur cromosom constituit dintr-o singura molecula de ADN, dublu helicoidala, dens spiralata = zona nucleara. ADN-ul este purtatorul informatiei genetice. In timpul diviziunii, fiecare catena este replicata in 2 molecule fiice, dublu helicoidale. De pe ADN mesajul genetic este transcris pentru a forma ARN mesager – ARNm.

- Ribozomii sunt formati din 2 subunitati – mare si mica; fiecare subunitate contine aproximativ 65% ARN si 35% proteine; o celula de E. coli contine aproximativ 15000 de ribozomi. Aici are loc sinteza proteinelor. ARNm se leaga in spatiul dintre subunitati si determina secventa de aminoacizi – aa in lanturile polipeptidice care se formeaza.

7

Page 8: biochimie curs1

Dr. Sorin Gheorghe Bolog – BIOCHIMIE – curs I

- Granule de depozitare – sunt polimeri glucidici; in unele celule sunt granule de poli-beta-hidroxibutirat. Aceste granule sunt degradate enzimatic si elibereaza energia.

- Citosolul – partea solubila a citoplasmei; foarte vascoasa; concentratia proteinelor este foarte mare - >20%. Majoritatea proteinelor sunt enzime necesare metabolismului celular. Mai exista metaboliti intermediari si saruri anorganice.

- Se inmultesc prin diviziune asexuata; exista si conjugare sexuata.

- Exemple – eubacteriile, algele verzi-albastre, spirochetele, rickettsiile, organisme micoplasmatice.

8

Page 9: biochimie curs1

Dr. Sorin Gheorghe Bolog – BIOCHIMIE – curs I

Organizarea celulelor eucariote:

- Celulele procariote sunt mult mai mari si mai complexe decat celulele procariote (de 1000 – 10000 de ori mai mari); sunt in componenta tuturor organismelor superioare din regnul vegetal si animal, celulele fungilor, protozoarelor si a majoritatii algelor.

- Membrana celulara – glicocalix – flexibil si vascos; compus din mucopolizaharide acide, glicolipide si glicoproteine; proteinele si lipidele sunt in proportii aproape egale; lipidele sunt aranjate in strat dublu. Are rol adeziv, de recunoastere celulara si organizare tisulara. Este selectiv permeabila si are sisteme de transport activ (consumatoare de energie) pentru Na+, K+, glucoza, aa, substante nutritive si unele enzime.

- Nucleul – are invelis perinuclear; ADN-ul este conjugat cu histonele si organizat in cromosomi. Nucleolul este bogat in ARN. In timpul diviziunii – cromosomii sufera o replicare a ADN-ului celulele fiice avand acelasi numar de cromosomi ca si celula mama. Exceptie de la aceasta regula o fac celulele sexuale – spermatozoidul si ovului care sunt haploide – au jumatate din numarul de cromosomi. Celulele umane au un numar de 46 cromosomi.

9

Page 10: biochimie curs1

Dr. Sorin Gheorghe Bolog – BIOCHIMIE – curs I

- Mitocondria – in numar variabil in celule; aproximativ 800 intr-un hepatocit; au membrana interna si externa au compozitie lipidica si enzimatica diferita, matricea fiind bogata in enzime. Sunt “uzine” energetice ale celulei – hidratii de carbon, lipidele si aa sunt oxidati pana la nivel de CO2 si H2O + energie inmagazinata in ATP.

10

Page 11: biochimie curs1

Dr. Sorin Gheorghe Bolog – BIOCHIMIE – curs I

- Complexul Golgi - vezicule aplatizate, unimembranare, suprapuse. Are rol in secretia produsilor celulari (proteine spre exemplu) spre exterior. Ajuta la formarea membranei plasmatice si a celei lizozomale.

11

Page 12: biochimie curs1

Dr. Sorin Gheorghe Bolog – BIOCHIMIE – curs I

- Peroxizomii – Microcorpi – vezicule unimembranare ce contin catalaza, D-aminoacid oxidaza, urat-oxidaza si alte enzime oxidative. Are rol in oxidarea anumitor substante nutritive rezultand H2O2 ce va fi ulterior redus la O2 si H2O.

- Lizozomii – vezicule unimembranare ce contin enzime hidrolitice ca ribonucleaza si fosfataza. Au rol in digestia materialului nutritiv adus prin fagocitoza sau pinocitoza. Rol si in autoliza.

- Reticulul endoplasmic si ribozomii – vezicule aplatizate unimembranare ale caror compartimente interioare – cisternele – comunica intre ele formand canale ce strabat citoplasma. Portiunea exterioara poate fi acoperita de ribozomi. Proteinele sintetizate de ribozomi intra in cisterne si vor fi transportate prin interiorul celulei catre periferia acesteia. Exista si sinteza proteica la nivelul ribozomilor care nu sunt atasati RE.

REZUMAT- Materia vie utilizeaza numai 27 din cele 90 elemente chimice obisnuite gasite in

scoarta pamantului;

- 4 elemente – C, H, N, O – reprezinta 96% din masa totala a organismelor vii;

- Aproape toata masa neapoasa a celulelor vii are in structura compusi organici ai C;

- Exista o ierarhie in organizarea moleculara a celulelor – CO2, H2O, NH3 -> aa, nucleotide, monozaharide, acizi grasi (AG) -> macromolecule: proteine, acizi nucleici, polizaharide, lipide -> complexe supramoleculare -> organite celulare -> celula.

- Biomoleculele primordiale au o origine abiotica provenind din interactiunea componentelor atmosferei primitive sub influenta energiei radiante sau a descarcarilor electrice. Din aceasta “supa” primordiala au fost selectate moleculele cele mai potrivite pentru formarea si supravietuirea primelor organisme vii.

- Marimea, forma si suprafata caracteristica a biomoleculelor sunt deosebit de importante pentru interactiile lor biochimice si pentru functia lor de elemente constitutive ale macromoleculelor.

12