Biochimie
curs 2
Biomolecule
organice
Constiuenţii principali şi
caracteristici ai tuturor organismelor vii sunt compuşi organici ai
carbonului, înzestraţi cu structură şi funcţionalitate specifică
care asigură însăşi existenţa vieţii. De aceea se numesc
biomolecule organice.
La nivel de celulă există acizii
nucleici, care sunt purtători şi
transmiţători ai informaţiei genetice(asigură autoreproducerea
organismelor); proteinele
sunt simple elemente structurale (unele), sau componente ale
enzimelor care intervin în metabolismul substanţelor şi
metabolismul energetic; glucidele
servesc fie ca surse de energie, fie ca material de construcţie şi,
lipidele
constituie unul din elementele structurale ale membranelor şi în al
doilea rând, o formă de păstrare a energiei.
Se observă că, proteinele, lipidele şi glucidele
formează principalele trei categorii de constituenţi celulari
macromoleculari.
Aminoacizii
sunt “cărămizile” din care sunt constituite proteinele. Fiecare
proteină este construită din mai mulţi aminoacizi, legaţi între
ei. Corpul nostru preia proteinele din alimentaţie, le
transformă(descompune)în aminoacizi prin digestie, care apoi sunt
recombinaţi în proteine specifice organismului. Surplusul de
aminoacizi se poate transforma în glucoză, iar în anumite condiţii
pot ajunge chiar la grăsime.
Clasificarea
aminoacizilor:
- esenţiali – aminoacizii pe care organismul nu îi poate sintetiza(sau îi poate sintetiza în cantităţi foarte mici) se numesc aminoacizi esenţiali: valina, leucina, isoleucina, lizina, metionina, fenilalanina,treonina şi triptofanul. Valina, isoleucina şi leucina sunt numiţi şi aminoacizi cu lanţuri ramificate şi se găsesc în cantităţi mari în proteinele de origine animală.
- condiţionat esenţiali – anumiţi aminoacizi sunt necesari în cantităţi mai mari în anumite perioade,cum ar fi arginina la copii pentru creştere: histidina, cisteina, tirozina, prolina, glutamina.
- neesenţiali – sunt aminoacizii pe care organismul îi poate sintetiza din aminoacizii esenţiali. Acest lucru presupune însă un efort metabolic şi consum de energie
Proteinele sunt substanţe
alcătuite din lanţuri de aminoacizi, legaţi între ei. Proteinele
din alimente sunt prelucrate
în procesul de digestie, rezultând aminoacizii componenţi, în
forma liberă sau legaţi câte 2-3, forme
în care se absorb în organism.
Ele constituie principala bază a construcţiei
structurilor organice – în special ţesut muscular, osos şi
conjunctiv, dar intră şi în compoziţia enzimelor, a anticorpilor,
a celulelor, hormonilor proteici.
De
asemenea, daca există un surplus de proteine(aminoacizi), corpul nu
poate depozita o cantitate mare
şi de aceea le elimină sau le transformă în grăsime. Proteinele
aduc în organism aproximativ 4 calorii pe gram.
Sursele
de proteină care au toţi cei 8 aminoacizi esenţiali se numesc
proteine complete. În funcţie de diverşi factori poate creşte
necesarul din aminoacizii neesenţiali, peste capacitatea corpului de
a-i produce. Ei devin astfel “condiţionat esenţiali”.
Proteinele complete conţin toţi aminoacizii esenţiali, în
cantităţile necesare organismului. Acestea sunt proteinele de
origine animală. Sursele de proteină de origine vegetală nu conţin
toţi aminoacizii esenţiali în cantităţile optime, de aceea,
pentru asigurarea tuturor aminoacizilor trebuie să mâncăm
suficiente proteine de origine animală sau să combinăm diferite
surse de proteină vegetală.
Produse
animale: lapte,
brânzeturi (100g brânză = 25-30 g proteine),
carne (20% proteine),viscere (ficat,
rinichi, inima, splină, peşte), ouă.
- Leguminoase: fasole (20-25%), mazăre, soia (35%).
- Cereale : pâine (8%).
- Nuci, arahide, alune, cartofi, ciuperci
- Leguminoase: fasole (20-25%), mazăre, soia (35%).
- Cereale : pâine (8%).
- Nuci, arahide, alune, cartofi, ciuperci
Deci,
a se reţine că proteinele sunt substanţe nutritive constitutive
ale organismului.
În procesul de digestie proteinele din alimente sunt transformate în
aminoacizi. Organismul apoi separă şi foloseşte aminoacizii în
diferite scopuri. O parte vor fi folosiţi pentru
creşterea şi producerea de noi proteine necesare organismului, o altă parte vor fi folosiţi la refacerea ţesuturilor din corp, iar restul vor fi transformaţi în hormoni, anticorpi şi enzime.
creşterea şi producerea de noi proteine necesare organismului, o altă parte vor fi folosiţi la refacerea ţesuturilor din corp, iar restul vor fi transformaţi în hormoni, anticorpi şi enzime.
Necesarul
de proteine depinde de mai mulţi factori : vârsta, greutate
corporală, efortul fizic depus, diferite boli şi condiţii
medicale. Nou născuţii şi adolescenţii în creştere, precum şi
femeile însărcinate au un necesar de proteine crescut, precum şi
cei care se recuperează după o boală sau chiar suferă de anumite
boli. În general, pentru adulţi se recomandă un consum proteic, în
funţie de activitatea fizică :
- Sedentar 0,88 grame pe kilogram corp (Exemplu: 70 kg x 0,88=61,6 g proteine)
- Efort moderat 1,1-1,3 grame pe kilogram corp
- Efort intens 1,5-2 grame pe kilogram corp şi peste
Componentele materiei vii – elementele fundamentale (C,H,O,N,P,S), substante organice (proteine, glucide, lipide) si anorganice(apa, cationi si anioni)
COMPOZIŢIA CHIMICĂ GENERALĂ A ORGANISMELOR VII
Organismele vii au luat naştere din substanţe organice care s-au format din substanţe anorganice în anumite condiţii favorabile unor astfel de transformări.
Compoziţia chimică generală a organismelor vii:
Bioelemente
Din cele cca. 100 elemente chimice întâlnite în litosferă şi atmosferă, un număr relativ mic participă la alcătuirea materiei vii. Acestea se numesc bioelemente. Deşi numărul bioelementelor se ridică la 50, distribuţia lor este foarte diferită.
Elementele care se găsese în cantitate mai mare în organismele vii sunt numite şi bioelemente plastice sau macrobioelemente, ele reprezentând 99% din totalul bioelementelor.
Ele includ nemetalele: oxigen, carbon, hidrogen, azot, fosfor, sulf, clor şi metalele: calciu, magneziu, sodiu şi potasiu. Acestea reprezintă componenţii principali care participă la edificarea structurilor diferitelor substanţe din organism. Dintre bioelementele plastice: O, C, H, N reprezintă 96 % din masa celulelor.
Oligoelementele (microelementele) se găsesc în cantităţi extrem de mici, sub 0,01%, sau chiar în urme şi sunt inegal răspândite în diferite ţesuturi.
Din categoria microelementelor notăm: florul (F). bromul (Br), iodul (I), borul (B), fierul (F) zincul (Zn), cuprul (Cu), cobaltul (Co), molibdenul (Mo), vanadiul (V), manganul (Mn). Ele nu participă efectiv la constituţia celulelor, însă deţin un rol important, intrând în constituţia chimică a unor biomolecule ca enzime: (Zn, Co, Mn, Cu), hormonii (I), vitamine (Co), hemoglobină (Fe). Lipsa acestora din organismul animal produce anumite dereglări biochimice şi tulburări fiziologice.
La alcătuirea materiei vii participă cu preponderenţă elemente cu masa atomică mică (H, C, N, O). Dintre acestea atomul de carbon prezintă o poziţie deosebită. Biomoleculele organice conţin în mod obligatoriu atomi de carbon pe care sunt grefaţi ceilalţi atomi sau grupări de atomi.
Biomolecule. Compoziţia biochimică a organimelor vii
Biomoleculele sunt în majoritatea lor substanţe organice din grupa glucidelor, protidelor ,lipidelor şi anorganice, ca apa şi diferite săruri minerale. În cantitate mai mică se găsesc şi alte substanţe organice dar varietatea acestora este mult mai mare în plante decât în animale. În organismele animale predomină protidele şi lipidele, pe când în plante predomină glucidele.
Biomoleculele anorganice
Apa este substanţa anorganică indispensabilă vieţii tuturor organismelor vii. Ea reprezintă aproximativ 60% din masa corporală a animalelor. Continutul în apă variază în limite destul de restrânse pentru diferite specii, însă conţinutul acesteia în diferite organe şi ţesuturi variază în limite foarte largi. În ceea ce priveşte distribuţia apei în organismele animale se disting două compartimente:
1. - compartimentul intracelular cuprinde apa de constituţie (legată). Aceasta ia parte la constituţia celulelor, la imbibiţia sistemelor coloidale şi la hidratarea diferiţilor ioni sau molecule din interiorul celulei;
2. - compartimentul extracelular cuprinde apa liberă. Aceasta este prezentă în sânge şi în lichidul lacunar (lichid interstiţial şi limfă). Originea apei în organism poate să fie exogenă provenind din alimentaţie sau endogenă provenind în urma reacţiilor de oxidare de la nivelul celulei. Cantitatea de apă din organismul animal este strict reglată, excesul fiind eliminat prin urină, fecale, transpiraţie.
Sărurile minerale. Corpul animalelor conţine 3-5% substanţe minerale dintre care 4/5 se găsesc în schelet, iar restul în muşchi şi în celelalte ţesuturi.
Sărurile minerale sunt reprezentate de cloruri, fosfaţi, azotaţi, carbonati de sodiu, potasiu, calciu, magneziu. Sărurile solubile se găsesc fie dizolvate în lichidele biologice şi în mediul apos al celulei, fie combinate cu proteinele din citoplasmă. Sărurile insolubile sunt prezente în schelet şi în dinţi. Ionii proveniţi prin disocierea sărurilor se pot adsorbi pe suprafaţa micelelor coloidale determinând încărcarea electrieă a acestora sau intervin într-o serie de reacţii biochimice. Unii ioni intervin în reglarea presiunii osmotice şi în permeabilitatea celulară. 0 serie de săruri solubile funcţionează ca sisteme tampon contribuind la menţinerea şi reglarea echilibrului acido-bazic. Prezenţa unor ioni este indispensabilă
pentru activitatea unor enzime sau hormoni.
Biomolecule organice, care intra în alcătuirea organismelor animale reprezintă 35- 40% din masa acestora. Principalele categorii de biomolecule sunt protidele, lipidele, glucidele, acizii nucleici, enzimele, vitaminele, hormonii, compuşii macroergici etc.
Biomoleculele organice îndeplinesc în organismele animale diferite roluri şi anume:
- protidele, lipidele şi unele glucide îndeplinesc rol plastic (structural) deoarece participă la alcătuirea edificiului celular, a membranelor celulare şi formaţiunilor subcelulare;
- enzimele au rol catalitic, participând la reglarea reacţiilor biochimice necesare activităţii organismelor vii, făcând posibilă desfăşurarea acestora în condiţii compatibile cu viaţa;
- glucidele şi lipidele îndeplinesc rol energetic, deoarece fiind supuse unor procese de degradare eliberează energia necesară funcţiilor vitale ale celulei; energia eliberată poate fi stocată sub formă de energie chimică în anumite molecule (substanţe macroergice);
- acizii nucleici îndeplinesc rol informaţional prin stocarea, transmiterea şi exprimarea informaţiei ereditare;
- vitaminele şi hormonii îndeplinesc rol de reglare a diferitelor procese biochimice.
Biomoleculele în funcţie de gradul lor de complexitate se împart în:
- precursori chimici, care au molecule simple, masă moleculară mică, iar prin diferite procese biochimice se transformă în biomolecule. Aceştia sunt: CO2, NH3, H2O, O2;
- metaboliţi intermediari, ce rezultă în urma proceselor metabolite, sunt biomolecule cu masa moleculară mică (30-150):acid acetic,acid lactic,acid propionic,glicerol,baze azotate;
-componente moleculare de bază (aminoacizi, monoglucide, acizi graşi, mononucleotide) reprezintă biomolecule cu masă moleculară mai mare decât a metaboliţilor intermediari;
-biomacromoleculele sunt molecule gigant (proteine, acizi nucleici; poliglucide, complexe lipidice), din policondensarea de componente cu structuri simple (M = 103 -109);
- complexe supramoleculare (complexe enzimatice, nucleoproteide, ribozomi, etc.), provenind din asocierea macromoleculelor (M = 106 -109). Prin ansamblarea acestor complexe rezultă formaţiuni intracelulare (nucleu, mitocondrii, lizozomi etc.).
Legăturile chimice ale biomoleculelor.
Proprietăţile biomoleculelor depind de natura atomilor care le alcătuiesc, de modul cum aceştia sunt legaţi între ei precum şi de influenţele reciproce ale unui atom asupra altuia.
Cunoaşterea naturii legăturilor chimice a fost posibilă datorită teoriei electronice moderne şi a mecanicii cuantice. Legătura chimică exprimă forţa care leagă atomii sau grupările de atomi într-o moleculă.
Funcţionarea sistemelor biochimice implică existenţa unor tipuri variate de legături chimice între elementele ce formează diferiţi compuşi chimici. Elementele chimice nu pot exista în stare liberă în natură (cu excepţia gazelor rare), ele tind să-şi stabilească o configuraţie electronică stabilă (dublet sau octet).
Legăturile chimice care se întâlnesc în biomolecule sunt:
De asemenea, se pot stabili şi interacţiuni între biomolecule, reprezentate de:
Apa ca solvent şi mediu de reacţie.
Apa îndeplineşte în organism mai multe roluri:
- structural, participând la constituţia celulei şi la formarea coloizilor celulari;
- solvent pentru substanţe organice şi anorganice;
- mediu al reacţiilor biochimice ce stau la baza vieţii;
- mediu de vehiculare a diferiţilor metaboliţi în organism;
- generator de ioni de H+ şi HO- necesari pentru menţinerea pH-ului la limite constante şi pentru cataliza enzimatică;
- participant direct a reacţiilor de hidratare, hidroliză şi de oxidare;
- termoreglator pentru menţinerea în limite normale a temperaturii organismului, prin procese de evaporare la nivelul pielii şi prin transpiraţie.
Cantitatea de apă din organism este reglată metabolic prin două mecanisme, care menţin volumul constant al acesteia şi anume: setea, care dictează o creştere a consumului de lichide şi activitatea rinichilor, care conservă apa sau o elimină după necesităţi.
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
