+ All Categories
Home > Documents > Bioch Animala Curs

Bioch Animala Curs

Date post: 15-Jul-2015
Category:
Upload: costacheadryan
View: 2,109 times
Download: 3 times
Share this document with a friend

of 189

Transcript

CAPITOLUL 1 NO IUNI INTRODUCTIVE1.1. DEFINI IA I OBIECTUL BIOCHIMIEIn accep iunea general , biochimia este tiin a modern care studiaz materia vie i fenomenele specifice acesteia sub raportul compozi iei, naturii, organiz rii moleculare, asambl rii i corela iilor biomoleculelor componente, precum i al proceselor de degradare i biosintez a acestor biomolecule prin care se genereaz i se consum energia necesar vie ii. BIOCHIMIA MATERIA VIE(BIOMOLECULE COMPONENTE) COMPOZI IE NATUR ORGANIZARE MOLECULAR ASAMBLARE PROCESE DE DEGRADARE I BIOSINTEZ CORELA II

Biochimia este tiin a care se ocup cu studiul bazelor moleculare ale vie ii, adic investigheaz materia vie n unitatea ei structural i func ional , unitate care rezid att din similitudinea compozi iei chimice a sistemului de organizare biochimic , ct i din cea a proceselor biochimice comune tuturor formelor de via .9

Prin con inutul i evolu ia sa, biochimia este o tiin complex , cu caracter interdisciplinar, caracter ce reiese din impactul i raporturilor sale cu alte tiin e, precum chimia organic , chimia fizic , biologia celular , fiziologia i care-i confer biochimiei noi coordonate.

1.2. CARACTERISTICILE BIOCHIMICE ALE ORGANISMELOR VIIComparativ cu materia nevie, organismele vii se caracterizeaz printr-un ansamblu de principii i tr s turi definitorii de organizare i func ionare la nivelul moleculelor, cum ar fi: - sunt sisteme deschise, adic se afl n permanent schimb de materie, energie i informa ie cu mediul ambiant i au drept caracteristic definitorie metabolismul, concept care define te esen a material i dinamismul vie ii; - posed un grad nalt de organizare i complexitate, adic sunt alc tuite din diferite tipuri de molecule i macromolecule cu structuri variate i func ii specifice; - reprezint o stare calitativ superioar att sub aspectul naturii, structurii i modului de asamblare a biomoleculelor componente, dar mai ales sub aspectul interac iunilor dintre colec iile de molecule specifice; - au capacitatea unic de a extrage i de a transforma energia din mediul ambiant, adaptnd-o i utiliznd-o pentru edificarea propriilor structuri i pentru men inerea organiz rii structurale; - au capacitatea de autoreplicare precis din genera ie n genera ie, n forme identice ca mas , conforma ie, structuri interne i propriet i; - pentru toate organismele vii, celula este unitatea morfologic i func ional ce con ine echipamentul de baz complet pentru men inerea i continuitatea vie ii.

10

1.3. COMPOZI IA CHIMIC A ORGANISMULUI ANIMALcomun Toate organismele vii au compozi ia chimic elementar de baz i reprezentat prin bioelemente i biomolecule. 1.3.1. BIOELEMENTE n compozi ia materiei vii intr n mod constant 27 de elemente chimice (din cele 100 cunoscute), denumite bioelemente esen iale, care se mpart n: a) macroelemente sau bioelemente plastice (constitutive); b) microelemente sau oligoelemente. Macroelementele sunt nemetale (C, H, O, N, P, S, Cl) i metale (Na, K, Ca, Mg), au o pondere de circa 99% din masa organismului i intr n structura tuturor celulelor, esuturilor i lichidelor biologice. Dintre macroelemente, atomul de carbon reprezint elementul primordial n structura chimic a tuturor compu ilor caracteristici materiei vii i are urm toarele propriet i esen iale: - configura ie tetraedric ce i permite s formeze structuri sau re ele tridimensionale; - are capacitatea de a forma leg turi covalente stabile de tip CC sau leg turi covalente ntre atomi de carbon i atomi de O, N, H, S, rezultnd o varietate de molecule. Microelementele sau oligoelementele, de i reprezint numai 1% din totalul bioelementelor, sunt componente structurale ale unor biomolecule importante (enzime, vitamine, hormoni, pigmen i). Din aceast categorie fac parte: I, F, B, Br, Mn, Fe, Co, Cu, Zn, Sn, Si, Mo, Se, As. Caren a acestora determin o serie de deregl ri metabolice. 1.3.2. BIOMOLECULE Biomoleculele sunt un ansamblu de molecule de diverse tipuri integrate n structura morfologic a materiei vii i care condi ioneaz organizarea structural i func ional a organismului animal. Fiecare clas

11

de biomolecule ndepline te n celul roluri bine determinate, specifice i ele sunt rezultatul selec iei pe scara evolu iei, fiind cele mai potrivite pentru func ia lor biologic . n func ie de natura, structura, dimensiunile i rolurile pe care le ndeplinesc, biomoleculele se clasific n dou categorii: - biomolecule anorganice; - biomolecule organice. 1.3.2.1. Biomolecule anorganice Din aceste biomolecule fac parte: apa i s rurile minerale. I. Apa n organismul animal Apa este constituentul primordial, indispensabil vie ii, deoarece constituie mediul celular lichid n care se desf oar toate reac iile biochimice specifice materiei vii. Ea este distribuit diferit n esuturi i lichide biologice, cum ar fi: plasm sanguin , limf i suc gastric b95%, mu chi i piele b80%, ficat i pl mni b75%, creier b70%. Activitatea metabolic normal la nivel celular necesit minim 65% ap . n organism apa se g se te sub dou forme: - apa liber , care se g se te n compartimentele extracelulare, respectiv spa ii intersti iale i lichide circulante intravascular (snge i limf ); - apa legat (de constitu ie), care se g se te n compartimentele intracelulare i particip la alc tuirea structurii celulare i a mediului celular. Apa are propriet i fizico-chimice unice care decurg din asimetria electric i din caracterul bipolar al moleculelor, caracteristici ce au drept urmare asocierea acestora prin leg turi de hidrogen: H H H :O H ... :O H ... :O H ...

12

Datorit acestor propriet i apa ndepline te n organism urm toarele roluri: este unul dintre cei mai buni solven i biologici pentru o multitudine de substan e (mai pu in pentru compu i nepolari); rol structural, deoarece particip la constitu ia ansamblului celular, la organizarea morfologic a celulei i la formarea coloizilor celulari; disociaz i genereaz ioni H3 O+ i HO, necesari n procesele de tamponare, n men inerea echilibrului acido-bazic i n biocataliz ; particip direct n reac ii de hidratare, hidroliz i redox; rol transportor, deoarece este mediul de vehiculare a diferitelor substan e n organism; rol termoreglator, prin procesele respira ie i transpira ie, men innd temperatura organismului n limite constante. Provenien a apei este n general exogen , doar o mic parte provenind din reac iile biochimice (origine endogen ). II. S rurile minerale S rurile minerale se g sesc n cantit i variabile, dizolvate sau nedizolvate, n toate celulele, esuturile i lichidele biologice din organismul animal, sub form de cloruri, ioduri, carbona i, fosfa i, sulfa i, ura i etc. Ele ndeplinesc n organism roluri foarte variate, cum ar fi: structural (intr n structura esutului osos i a din ilor - Ca, P, Mg, F), efectori enzimatici (activatori: Cl sau inhibitori: Hg2+, Pb2+), reglator (componente structurale ale unor hormoni i vitamine - Co, P, I), stimuleaz func ia de reproducere (Se) i digestia (Cl), intervin n energetica celular ( PO 3 ) i n men inerea pH-ului n limite 4 constante (Na, K, Mg, Ca). n celul , cationii i anionii se men in ntr-un echilibru dinamic, n func ie de activitatea fiziologic .

13

1.3.2.2. Biomolecule organice Biomoleculele organice con in n structura lor atomi de C, H, O i eventual N, P, S, prezint o diversitate de structuri i ndeplinesc o multitudine de roluri n organism. Principalele clase de biomolecule organice specifice tuturor organismelor vii sunt: glucide lipide protide acizi nucleici enzime vitamine hormoni compu i macroergici compu i organici intermediari. Aceste biomolecule ndeplinesc n cadrul celulei diferite roluri i anume: structural - intr n structura celulei, membranelor i forma iunilor intracelulare, determinnd prin ansamblarea lor edificiul molecular al celulei (glucide, lipide, protide); biocatalitic - particip la desf urarea coordonat i la reglarea tuturor reac iilor chimice necesare activit ii celulare (enzime); informa ional - stocheaz , transmit i exprim informa ia ereditar (acizii nucleici); energetic - servesc drept combustibil celular i, n urma proceselor proprii de degradare, elibereaz energia necesar func iilor vitale ale celulei, energie nglobat i stocat n compu i macroergici (ATP,GTP); reglator - moduleaz activit ile biochimice ale celulei, ca reglatori ai diferitelor procese (vitamine, hormoni). Ca dimensiuni, biomoleculele acoper un domeniu extrem de larg, iar forma i caracteristicile lor sunt extrem de importante pentru participarea lor la edificarea componentelor structurale ale celulei, precum i pentru specificitatea interac iunilor lor biochimice. n tabelul 1.1 este redat distribu ia cantitativ a principalelor clase de biomolecule organice n diferite esuturi.

14

Tabelul 1.1 Distribu ia cantitativ (valori procentuale medii) a principalelor clase de biomolecule organice n diferite esuturi esut Mu chi Ficat Creier Piele Oase Snge Protide (%) 22 22 10 25 19 18 Lipide (%) 5 3 14 7 prezente 1 Glucide (%) 0,6 2 0,1 prezente prezente 0,1

De i materia vie prezint grade diferite de complexitate structural i func ional , exist totu i o schem unic de organizare biochimic i biologic . Ca rezultat al procesului evolutiv, aceast schem reflect cre terea gradului de complexitate organizatoric n urm toarea ierarhie: atomi p molecule simple p macromolecule p complexe supramoleculare p celule p indivizi p popula ii p specii p ecosisteme. Formarea biomoleculelor organice este un proces unic care, n prima etap , porne te de la precursori chimici anorganici (molecule simple cu mase moleculare mici, ca: CO2, H2O, N2, NO3 , NH3) ce sunt converti i n metaboli i intermediari (compu i organici cu mas molecular mic : 50 150 Da, care apar n cursul proceselor metabolice). n a doua etap , metaboli ii sunt transforma i n molecule simple fundamentale (unit i structurale cu mas molecular cuprins ntre 100 350 Da, ca: oze, acizi gra i, glicerol, aminoacizi, nucleotide). n etapa a treia, prin condensarea unui num r mare de molecule simple rezult macromoleculele (cu mase moleculare mari de 103 109 Da, cum ar fi poliglucide, lipide, proteine, acizi nucleici etc.). Urm toarea treapt de organizare structural sunt sistemele supramoleculare (ca rezultat al asocierii macromoleculelor prin leg turi chimice slabe de tipul celor de hidrogen, leg turi ionice, prin for e Van der Waals sau interac iuni hidrofobe). Se formeaz astfel ribozomii, complexele multienzimatice, lipoproteidele.

15

Ultimul nivel de organizare l reprezint asamblarea acestor sisteme supramoleculare n forma iuni intracelulare (organite celulare ca: nucleu, mitocondrii, reticul endoplasmatic, lizozomi). Acest nivel marcheaz formarea celulei, cea mai mic entitate care manifest atributele st rii de viu. Schematic, procesul unic al organiz rii moleculare care ilustreaz trecerea de la forma chimic la forma biologic de mi care a materiei este prezentat n figura 1.1.PRECURSORI CHIMICI ANORGANICI: CO2, H2O, NH3, NO 3 , N2

M=18-64 Da

ACID PIRUVIC; ACID CITRIC, GLICERALDEHID -3 FOSFAT etc. M=50-150 Da

METABOLI I INTERMEDIARI:

OZE, ACIZI GRA I, GLICEROL, AMINOACIZI, MONONUCLEOTIDE M=100-350 Da

MOLECULE SIMPLE FUNDAMENTALE:

POLIGLUCIDE, LIPIDE, PROTIDE, ACIZI NUCLEICI M=103-109 Da

MACROMOLECULE:

RIBOZOMI, COMPLEXE MULTIENZIMATICE M=106-109 Da

SISTEME SUPRAMOLECULARE:

NUCLEU, MITOCONDRII, LIZOZOMI, RETICUL ENDOPLASMATIC

FORMA IUNI INTRACELULARE:

CELULA

Figura 1.1 - Schema organiz rii moleculare n celul16

1.3.2.3. Celula Celula constituie unitatea de baz structural , func ional i genetic a tuturor organismelor vii. Sub aspect biochimic, celula reprezint o constela ie de macromolecule, molecule mici i ioni care se asambleaz dup un program genetic i care se g sesc n raporturi biochimice de strict condi ionare i interac iune reciproc . Organizarea i func ionarea acestor componente biochimice ale celulei este asociat cu particularit ile infrastructurii celulare i aceast corela ie legic ntre topografia i topochimia celulei determin propriet ile sale fundamentale i anume: autoansamblarea; autoreglarea; autoreproducerea; autointegrarea. Caracterul esen ial pe care se bazeaz diferen ierea celulelor l reprezint natura mediului intracelular sau nivelul de organizare intracelular. Din acest punct de vedere celulele se clasific n dou tipuri principale: procariote i eucariote. Celulele procariote sunt considerate ca fiind primul tip de organism viu i care au organizarea intern cea mai simpl (tipul reprezentativ l constituie bacteriile i algele). Celulele eucariote reprezint un stadiu avansat n evolu ia celulei vii i se caracterizeaz printr-un nalt grad de organizare structural intern specific (existen a unor particule subcelulare distincte numite organite celulare, a unui sistem de membrane interne care delimiteaz organitele i compartimenteaz spa iul intracelular, a unui aparat genetic localizat n nucleu, delimitat de restul celulei, procese respiratorii localizate n mitocondrii etc.) n grupul celulelor eucariote se ncadreaz i celulele de origine animal i de aceea consider m necesar pentru lucrarea de fa s facem o prezentare general a topografiei celulei eucariote animale, preciznd totodat i func iile majore ale fiec rui compartiment subcelular, dup cum urmeaz : a) membrana plasmatic , care formeaz conturul celulei i delimiteaz mediul intern de cel extern al celulei. Este de natur lipoproteic i regleaz transportul selectiv de substan e intra- i extracelular, asigur homeostazia metabolic a celulei i men inerea n limite17

compatibile cu activitatea celular a presiunii osmotice, a concentra iei diferitelor componente i contribuie totodat la coordonarea intra- i intercelular (receptori membranari) a proceselor biochimice; b) citoplasma (citosol) este masa celular solubil ce nconjoar nucleul, constituit din dou componente: componenta nestructurat (citoplasma fundamental ) i componenta structurat (organitele celulare). Este constituit dintr-o mare varietate de macromolecule, molecule, ioni i asigur traficul n cadrul celulei a produ ilor de sintez i de degradare biochimic , stabilind interac iuni biochimice ntre diferitele compartimente i forma iuni intracelulare; c) nucleul este cea mai mare i mai dens forma iune subcelular delimitat de o membran dubl cu numero i pori nucleari. n spa iul interior al nucleului (nucleoplasma) se afl inclus nucleolul i granulele de cromatin ce reprezint sediul informa iei genetice p strat n ADN, transmis celulei prin procesul secven ei ANDARNprotein , replicat pentru asigurarea perpetu rii celulei prin procesul de biosintez a ADN; d) reticulul endoplasmatic reprezint o re ea de canalicule i vezicule aplatizate, legate de membrana plasmatic , ce traverseaz celula. Exist dou tipuri de reticul endoplasmatic: neted i rugos (asociat cu ribozomii). Ribozomii sunt complexe nucleoproteice (alc tuite din 65% acizi ribonucleici i 35% proteine) i reprezint sediul biosintezei proteinelor. Reticulul endoplasmatic particip la procesul de biosintez a proteinelor (prin intermediul complexului macromolecular numit polizom), ca i la transportul proteinelor i a altor substan e prin celul , precum i la procese de detoxifiere celular ; e) aparatul Golgi (dictozomii) reprezint o re ea de tubuli sau vezicule aplatizate, limitate la regiuni restrnse din citoplasm i localizate de obicei lng nucleu. Func iile atribuite aparatului Golgi se refer la: acceptarea proteinelor biosintetizate la nivelul ribozomilor, concentrarea acestora i mpachetarea lor n granule dense, ce sunt ulterior secretate n lichidul extracelular, colectarea i asamblarea proteinelor necesare pentru biosinteza membranei lizozomilor, reprezint totodat sediul biosintezei heteropoliglucidelor; f) mitocondriile sunt particule infracelulare a c ror m rime, form i num r variaz de la o celul la alta, constituite dintr-o membran dubl (una extern i alta intern ), care delimiteaz un spa iu intermembranar, denumit spa iu matriceal. Din punct de vedere biochimic mitocondria este sediul metabolismului celular aerob (care include cele trei procese biochimice fundamentale: ciclul Krebs, F-oxidarea18

acizilor gra i i respira ia celular cuplat cu fosforilarea oxidativ ), fiind considerat adev rat central energetic a celulei, reprezint sediul biosintezei ureei i hemului la animale i are aparat genetic propriu (AND mitocondrial i ribozomi proprii), fiind capabil s transcrie programul genetic (ADN-ARN); g) lizozomii sunt organite de form neregulat delimitate de o membran neted care le individualizeaz n spa iul citoplasmatic i servesc la transportul proteinelor i la degradarea intracelular a substan elor captate n celul prin fagocitoz (bacterii) sau pinocitoz (proteine, glucide, lipide i acizi nucleici); h) incluziunile citoplasmatice din care fac parte peroxizomii (particule citoplasmatice cu rol oxidativ, care con in oxidaze produc toare de H2 O2 i catalaza care descompune H2 O2) i constituen i facultativi (sub form de granule, pic turi, cristale sau vacuole care sunt rezultatul activit ii metabolice a celulei: granule de protein , de melanin , leucocite granulare, pic turi de lipide etc.); i) citoscheletul (microtubuli i microfilamente) reprezint un sistem de fibre pe care l au toate celulele, cu compozi ie chimic special , care men ine structura celulei i permite n acela i timp modificarea formei sau chiar mi carea moleculelor celulei motoare (miozina, kinezina etc.) Organizarea ultrastructural a celulei eucariote este redat n figura 1.2.

Figura 1.2 - Ultrastructura celulei eucariote19

CAPITOLUL 2 GLUCIDE2.1. CONSIDERA II GENERALEGlucidele (zaharurile) sunt categoria de biomolecule prezente n absolut toate tipurile de celule i organisme. n general sunt compu i ternari, fiind alc tuite din carbon, hidrogen i oxigen, i au formula general empiric (CH2 O)m, ceea ce le-a atras denumirea improprie de hidra i de carbon, deoarece exist i excep ii (de exemplu, deoxiriboza). Glucidele de origine vegetal sunt sintetizate de c tre plantele verzi direct din dioxid de carbon i ap sub ac iunea luminii, n procesul de fotosintez i constituie componentele de baz ale hranei omului i animalelor, respectiv importante surse de energie. Glucidele existente n organismul animal se g sesc n cantit i mici (3% din masa corporal ), sunt de natur exogen i au urm toarele func ii: energetic , deoarece prin degradarea lor furnizeaz 50 70% din energia total care se produce n organismul animal; structural , deoarece intr n constitu ia substan ei fundamentale a esutului conjunctiv sub form de gliconjugate cu proteinele (proteoglicanii), dar i n structura unor biomolecule de importan major : coenzime, glicolipide, acizi nucleici; surse de atomi de carbon, necesari biosintezei proteinelor, lipidelor, acizilor nucleici.

20

2.2. CLASIFICAREGlucidele pot fi clasificate dup mai multe criterii, astfel: a) dup structura lor chimic pot fi: polihidroxialdehide, polihidroxicetone sau produ i de condensare ai acestora; b) dup gradul de complexitate structural se mpart n: oze sau glucide simple; glucide complexe sau ozide. Ozele sunt glucidele care prin hidroliz nu mai pot fi scindate n molecule cu propriet i de glucide. Glucidele complexe sunt moleculele rezultate prin condensarea unui num r variabil de oze, respectiv 2 - 10 oze identice sau diferite i se numesc oligoglucide, sute sau chiar mii de oze i se numesc poliglucide. Din categoria glucidelor complexe fac parte deasemenea proteoglicanii, care sunt heteroglucide n sensul c al turi de componenta glucidic con in n structura lor i o component neglucidic numit aglicon. c) dup rolul pe care-l ndeplinesc n organismul viu sunt glucide de rezerv (de depozit) i glucide de constitu ie.

2.3. OZEOzele sunt glucidele cele mai simple care constituie unit ile structurale ale glucidelor complexe. 2.3.1. STRUCTURA OZELOR Ca structur ozele sunt polihidroxialdehide care con in n mole C ! O i se mai numesc aldoze cul o grupare func ional aldehid I H sau polihidroxicetone, care con in n molecul o grupare ceton ( C ! O ) i se mai numesc cetoze. Pe lng gruparea carbonil, to i ceilal i atomi de carbon din structura unei oze au legat cte o grupare hidroxil ( HO ). Deoarece con in num r variabil de atomi de carbon, ozele pot fi: trioze (C3), tetroze (C4 ), pentoze (C5), hexoze (C6), heptoze (C7).21

Ozele pot prezenta o structur aciclic (linear ) i una ciclic . Structura linear este acea structur a ozelor care presupune c to i atomii din molecul se g sesc n acela i plan. Prin conven ie s-a numerotat cu cifra 1 atomul de carbon din gruparea aldehid i cu cifra 2 cel din gruparea ceton . Structura ciclic este rezultatul unei reac ii de adi ie intramolecular a atomului de hidrogen de la gruparea OH a penultimului sau ultimului atom de carbon la dubla leg tur carbonilic , reac ie urmat de ciclizare (pentoze i hexoze). n urma acestei reac ii, n molecula ozei respective se creeaz un ciclu de tip furan (4 atomi de C i unul de O), iar structura se nume te furanozic sau un ciclu de tip piran (5 atomi de C i unul de O) i structura este piranozic .

n acela i timp apare un hidroxil nou la atomul de carbon carbonilic, numit hidroxil semiacetalic (la aldoze) sau semicetalic (la cetoze). Acest hidroxil semiacetalic sau semicetalic poate avea orientare spa ial diferit fa de planul ciclului creat, orientare E sau F. Ace ti doi noi izomeri poart numele de anomeri, iar transformarea unuia n cel lalt, mutarota ie. Astfel, glucoza prezint urm toarele structuri posibile:

22

Structurile liniare i ciclice ale celor mai importante oze din celula vie: Trioze:

Pentoze:

23

Hexoze:

24

2.3.2. PROPRIET

I FIZICE I CHIMICE ALE OZELOR

2.3.2.1. Propriet i fizice n general, ozele sunt substan e solide, cristalizate, de culoare alb , cu gust dulce, u or solubile n ap i insolubile n solven i organici nepolari (eter, cloroform) . Au n structura lor cel pu in un atom de carbon asimetric (adic un atom de carbon cu cele patru valen e satisf cute de atomi sau radicali diferi i, notat C*), de aceea ozele sunt considerate molecule chirale (asimetrice). Moleculele chirale stabilesc rela ia de nesuperpozabilitate cu imaginea lor n oglind i se mai numesc enantiomere. Datorit asimetriei moleculare, ozele sunt substan e optic active, adic au proprietatea de a roti planul luminii polarizate, atunci cnd sunt str b tute de aceasta i deci de a se prezenta sub forma a dou tipuri de izomeri optici: dextrogiri - sunt enantiomerii care rotesc planul luminii polarizate spre dreapta i se noteaz cu D sau (+) i levogiri, care rotesc planul luminii polarizate spre stnga i se noteaz cu L sau (). De exemplu, aldehida gliceric se poate prezenta sub forma urm toarei perechi de enantiomeri:

Amestecul echimolecular de izomeri optici levogiri i dextrogiri se nume te racemic i este optic inactiv. Racemicul poate fi ns dedublat n cei doi antipozi optici (+) i (). Ozele care difer prin configura ia unui singur atom de carbon asimetric se numesc oze epimere. Spre exemplu, glucoza, fructoza i manoza sunt epimere:

25

n cazul n care ntr-o molecul exist mai mul i atomi de carbon asimetrici, num rul izomerilor optici se calculeaz dup formula: N=2n unde n = num rul atomilor de C*. 2.3.2.2. Propriet i chimice Fiind compu i cu func iune mixt , carbonil i hidroxil, ozele prezint propriet i chimice specifice acestor grup ri. Dintre acestea voi men iona numai reac ia de reducere, de oxidare, de eterificare i esterificare datorit importan ei biochimice att a reac iilor n sine, ct i a produ ilor care se formeaz . I. Reac ia de reducere: ozele pot fi reduse la gruparea carbonil, transformndu-se n polialcooli (alditioli). Astfel glucoza se reduce la sorbitol, manoza la manitol, iar aldehida gliceric la glicerol.

26

II. Reac ia de oxidare a ozelor are loc n condi ii diferite de reac ie i n func ie de acestea, respectiv de gruparea func ional care se oxideaz , rezult acizi carboxilici onici, zaharici i uronici.

Posibilitatea de oxidare a ozelor demonstreaz totodat caracterul lor reduc tor, datorat prezen ei n molecul a grup rii aldehid (respectiv hidroxilului glicozidic). Ele pot reduce u or ionii de Cu2+ n mediu alcalin (reactivul Fehling) sau ionii de Ag+ n mediu alcalin (reactivul Tollens), cu formarea oxidului cupros Cu2 O, precipitat ro u-c r miziu, respectiv a argintului metalic.27

III. Reac ia de eterificare este reac ia de eliminare de ap ntre hidroxilul glicozidic al unei oze i gruparea hidroxil a unui alcool cu formarea unei leg turi de tip eter, numit leg tur glicozidic . Rezult glicozizi sau eteri.

IV. Reac ia de esterificare: n celula vie ozele sunt esterificate cu acid fosforic la gruparea OH de alcool primar sau la hidroxilul semiacetalic. Se ob in esterii fosforici, adic forma activ a ozelor, bogat energetic, sub care ele particip n toate procesele metabolice. Cei mai importan i esteri fosforici ai ozelor implica i n procesele metabolice de biosintez i degradare sunt: esteri ai triozelor:

esteri ai pentozelor:

28

esteri ai hexozelor:

Al turi de esterii fosforici care sunt considera i deriva i ai ozelor rezulta i n urma reac iei de esterificare, exist i deriva i amina i ai ozelor, respectiv aminoglucidele. Ace tia con in o grupare amin la atomul de carbon C2, grupare ce poate fi n unele cazuri acetilat sau sulfonat . Cele mai importante aminoglucide sunt: glucozamina, galactozamina i acidul neuraminic. 2.3.3. EXEMPLE DE OZE Ozele cu importan biochimic n organism sunt hexozele: glucoza, galactoza, fructoza, manoza. Glucoza: este principala oz din organismul animal; are rol energetic important, deoarece prin degradarea sa (glicoliz ) genereaz energie care este stocat sub form de ATP (compus macroergic); este distribuit n toate celulele i lichidele organismului animal (cu excep ia urinei); concentra ia glucozei din snge se afl n limite constante (80 120 mg/100 ml), se nume te glicemie i este asigurat prin ac iunea antagonist a celor doi hormoni pancreatici: insulina (rol hipoglicemiant) i glucagonul (rol hiperglicemiant). Cre terea con inutului de glucoz din snge determin diabetul zaharat. Galactoza: de i n cantitate mai mic , are rol foarte important pentru organism, deoarece, al turi de glucoz , intr n structura lactozei, principal surs energetic pentru sugari; particip la structura lipidelor complexe (galactocerebrozide) ntlnite n creier i esutul nervos sau la structura glicoproteidelor.29

Fructoza: reprezint 30 - 60% din aportul glucidic la mamifere; se g se te liber n miere, fructe i melas , iar al turi de glucoz intr n structura zaharozei. Manoza: intr n structura unor glicoproteide i glicolipide din organismul animal, precum i a unor poliglucide vegetale (manani).

2.4. OLIGOGLUCIDEOligoglucidele sunt biomolecule formate dintr-un num r restrns de oze (2 - 8), cele mai importante pentru organismul animal fiind diglucidele. Diglucidele sunt cei mai simpli compu i glicozidici rezulta i prin condensarea a dou molecule de oze identice sau diferite. n structura lor apare o leg tur glicozidic de tip eter, format fie prin condensarea hidroxilului semiacetalic al unei oze cu un hidroxil alcoolic al altei oze (diglucide reduc toare), fie prin condensarea hidroxilului semiacetalic al unei oze cu hidroxilul semiacetalic al celeilalte oze (diglucide nereduc toare). n figura 2.1 sunt redate exemple de diglucide reduc toare i rolul lor biochimic, iar n figura 2.2 sunt redate exemple de diglucide nereduc toare i rolul lor biochimic.

2.5. POLIGLUCIDEy Poliglucidele sunt macromolecule formate prin condensarea unui num r mare de oze identice (homoglicani). Din aceast categorie fac parte: amidonul, glicogenul i celuloza. y Poliglucidele con in n structura lor unit i diglucide repetitive de acela i fel: - n(maltoz ) n cazul amidonului i glicogenului; - n(celobioz ) n cazul celulozei. y Pot avea structur liniar (celuloza) sau ramificat (amidon, glicogen).30

DIGLUCIDE REDUC TOARE(au propriet i reduc toare datorit OH glicozidic liber)

MALTOZA: este format din dou molecule de E-glucoz legate C1 - C4; se g se te n semin ele germinate de cereale, ndeosebi n orzul ncol it (mal ); este unitatea diglucidic ce intr n structura amidonului; este scindat hidrolitic de enzima maltaz n ozele componente.

CELOBIOZA: rezult prin condensarea a dou molecule de F-glucoz , C1 - C4; este unitatea diglucidic structural a celulozei; este scindat de enzima celobiaz .

LACTOZA: IZOMALTOZA: este format din dou molecule de Eglucoz legate C1 - C6; este constituentul structural al amilopectinei i glicogenului. este format din F-galactoz i Eglucoz condensate C1 - C4; este diglucidul principal din lapte sintetizat de glanda mamar ; este scindat de enzima lactaz din pancreas n ozele componente.

Figura 2.131

DIGLUCIDE NEREDUC TOARE(nu posed nici o grupare hidroxil glicozidic liber i nu au caracter reduc tor)

ZAHAROZA: este format prin condensarea E-glucozei cu Ffructoza i apari ia leg turii C1 - C2; se g se te n cantit i importante n fructe, sfecla de zah r, miere; sub ac iunea acizilor dilua i sau a enzimei zaharaz este scindat hidrolitic i rezult un amestec echimolecular de E-glucoz i Ffructoz , numit zah r invertit.

TREHALOZA: este format din dou molecule de Eglucoz legate C1 - C1; este diglucidul specific pentru alge i ciuperci.

Figura 2.2

y Constituie substan e energetice de rezerv pentru organism. y Sunt scindate hidrolitic pn la unit ile structurale de baz (oze) de c tre enzime numite glicozidaze (hidrolaze). Glicogenul este produs de condensare al E-glucozei, constituind rezerva de glucoz a organismului animal. Localizarea lui este predominant hepatic (glicogen hepatic), dar n anumite cantit i se g se te i n mu chi (glicogen muscular). Glicogenul este alc tuit din unit i repetitive de maltoz (E-glucoz legat C1 - C4 ), iar dup 6 - 7 resturi de glucoz la periferia moleculei i 3 - 4 resturi de glucoz n partea central a moleculei se stabilesc leg turi glicozidice C1 - C6, determinnd o ramificare puternic a macromoleculei de glicogen.32

Structura schematic a moleculei de glicogen este:

n func ie de necesit ile organismului, celula hepatic stocheaz glucoza sub form de glicogen sau o elibereaz pentru a reface glicemia (concentra ia de glucoz din snge). Glicogenogeneza i glicogenoliza contribuie la men inerea glicemiei i sunt procese supuse unui complex mecanism de reglaj hormonal. n stare pur se prezint sub forma unei pulberi albe, solubil n ap , cu care formeaz solu ii coloidale opalescente. Cu iodul formeaz colora ie ro u-brun . Amidonul este poliglucidul de rezerv specific unor plante, constituind n acela i timp una dintre sursele de glucoz importante pentru organismul animal. La plante este stocat n semin e sau tuberculi, fiind mobilizat hidrolitic, pe cale enzimatic , n cursul germin rii sau nmuguririi. Ca i glicogenul, este un produs de policondensare al glucozei. Este alc tuit din dou componente: - amiloza, constituit numai din unit i de maltoz , cu o structur neramificat ; reprezint 30% din macromolecul ; este solubil n ap , iar cu iodul se coloreaz n albastru nchis; - amilopectina, care reprezint 70%, are o structur ramificat , con innd i unit i de izomaltoz (ramificarea intervine dup 25 - 30 resturi de glucoz ); formeaz la cald solu ii apoase, vscoase, care prin r cire se transform n gel; cu iodul se coloreaz n albastru-violet.33

Hidroliza enzimatic a amidonului n organism sau in vitro decurge treptat, cu fragmentarea moleculei i formarea unor compu i numi i dextrine, apoi maltoz i n final E-glucoz : Amidon p Dextrine p Maltoz p E-glucoz . Celuloza este un produs de policondensare al F-glucozei, avnd ca unitate repetitiv celobioza. Celuloza este compusul organic cel mai abundent de pe p mnt. Este foarte rezistent la hidroliz i intr n structura elementelor de rezisten din peretele celular vegetal. Celuloza poate fi degradat de un num r redus de microorganisme i protozoare capabile s produc un sistem enzimatic complex, celulozolitic, n care mai multe enzime ac ioneaz sinergic, hidroliznd macromolecula pn la glucoz . Prezen a acestor microorganisme n rumenul i colonul animalelor ierbivore le face capabile s utilizeze celuloza ca surs major de hran .

2.6. PROTEOGLICANIIProteoglicanii (heteroglicanii) sunt produ i de policondensare a mai multor tipuri de unit i structurale i con in 95% lan uri glucidice i doar 5% component proteic . Sunt compu i polianionici, cu mai multe fragmente poliglucidice grefate pe un miez proteic. De i pn n prezent sunt recunoscute ase clase de glucozaminoglicani, anumite propriet i sunt comune tuturor substan elor cu compozi ia men ionat . Catenele heteropoliglucidice neramificate sunt constituite din unit i diglucidice repetitive, n care una din componente este o hexozamin , iar cealalt un acid uronic (o hexoz oxidat la C6, care devine COOH). O alt caracteristic o constituie grup rile sulfat, ata ate fie prin leg turi de tip amid la gruparea NH2 a ozelor aminate, fie prin leg turi ester la grup ri OH. Grup rile carboxil de la acizii uronici, ca i grup rile sulfat contribuie la formarea sarcinii polianionice ridicate a proteoglicanilor. Att sarcina electric , ct i structura macromolecular sunt utile n exercitarea rolului biologic de lubrifian i i elemente de rezisten n esutul conjunctiv. Proteoglicanii formeaz solu ii foarte vscoase i elastice, absorbind mari cantit i de ap . Aceasta face ca ei s ac ioneze att ca elemente de sus inere a celulelor, ct i s contribuie la men inerea echilibrului apei i s rurilor n organism.34

Acidul hialuronic se deosebe te de ceilal i proteoglicani prin faptul c nu con ine grup ri sulfat i nu se g se te legat de fragmente proteice. Spre deosebire de ceilal i proteoglicani, el nu este specific celulei animale, fiind produs i de unele bacterii. Unitatea repetitiv din acidul hialuronic este alc tuit din acid F-glucuronic C1F-N-acetilglucozamina C3:

Acidul hialuronic se g se te n lichidul sinovial, corpul vitros al ochiului, cordonul ombilical, n substan a fundamental a esutului conjunctiv i n cartilaje. Condroitin sulfatul, din tendoanele cartilaginoase, ligamente, peretele aortei, creier, rinichi, pl mni, are n unitatea repetitiv acid F-glucuronic C1F-N-acetilglucozamina-4sulfat C3:

Heparina, a c rei unitate repetitiv este prezentat mai jos, are rol de anticoagulant i hipolipemiant:

35

Dermatan sulfatul i keratan sulfatul se g sesc n piele, pere ii vaselor de snge, valvele cardiace. Prezint asem n ri structurale cu condroitin sulfatul. Dermatan sulfatul prezint acid iduronic n locul acidului glucuronic:

36

CAPITOLUL 3 LIPIDE3.1. CONSIDERA II GENERALELipidele constituie acea clas de compu i organici naturali, extrem de variat din punct de vedere structural, cu caracter hidrofob, apolar i respectiv proprietatea de a fi insolubile n mediu apos, dar solubile n solven i organici (cloroform, eter, benzen etc.). Din punct de vedere chimic, lipidele sunt esteri sau amide (ntr-o m sur mai mic ), ai acizilor gra i cu diferi i alcooli (se mai numesc lipide saponificabile). Sunt distribuite n toate celulele organismului animal, propor ia i compozi ia lor fiind caracteristic fiec rui tip de esut. Deasemenea produsele de origine animal , ca untul, laptele, ou le, se diferen iaz prin predominan a calitativ i cantitativ a anumitor tipuri de lipide. Din punct de vedere biochimic lipidele ndeplinesc n organismul viu urm torul rol: constituie o important surs de energie (au valoare energetic superioar glucidelor i protidelor); au rol plastic, respectiv intr n structura diferitelor componente celulare i infracelulare, iar n asocia ie cu proteinele formeaz unitatea structural de baz a membranelor celulare i particulelor subcelulare; constituie un nveli protector al multor organe (sunt izolatori termici i mecanici); particip direct sau indirect la diferite procese metabolice ca activatori ai unor enzime, componente ale sistemului de transport al electronilor n mitocondrii etc.; func ioneaz ca sistem de transport n lichidele biologice pentru substan e liposolubile (vitamine liposolubile, hormoni, acizi gra i esen iali).37

3.2. CLASIFICAREExist mai multe criterii de clasificare pentru lipide, conform schemei urm toare:LIPIDE

N FUNC IE DE LOCALIZARE:

N FUNC IE DE ORIGINE:

LIPIDE DE CONSTITU IE (STRUCTUR ) intr n citoplasma celulelor, membranelor i forma iunilor subcelulare; nu variaz func ie de starea de nutri ie a organismului;

LIPIDE DE REZERV sunt localizate n esutul adipos i reprezint surs de energie pentru organism; variaz cantitativ n func ie de factorii alimentari i fiziologici;

LIPIDE EXOGENE (prin asimila ie) provenite prin aport alimentar utilizate pentru formarea de lipide proprii

LIPIDE ENDOGENE (proprii) provenite prin reac ii de biosintez

N FUNC IE DE STRUCTURA CHIMIC :

LIPIDE SIMPLE (C, H, O) N FUNC IE DE NATURA ALCOOLULUI CONSTITUENT

LIPIDE COMPLEXE (C, H, O, N, P, S) N FUNC IE DE NATURA ALCOOLULUI CONSTITUENT

GLICERIDE

CERIDE

STERIDE

GLICEROFOSFOLIPIDE

SFINGOLIPIDE

3.3. COMPONEN I CHIMICI STRUCTURALIPrincipalii componen i chimici structurali ai lipidelor sunt acizii gra i monocarboxilici (RCOOH) i anumi i alcooli.

38

3.3.1. ACIZI GRA I n structura lipidelor animale intr n exclusivitate acizi gra i cu urm toarele caracteristici: au num r par de atomi de carbon (de la 4 la 26); radicalul alchil (R) este constituit dintr-un lan hidrocarbonat cu lungime variabil (21-30 atomi C), cu structur liniar , ciclic sau ramificat , avnd caracter saturat sau nesaturat (cu una, dou , trei sau patru duble leg turi); radicalul alchil (R) constituie partea hidrofob a moleculei, iar gruparea carboxil (COOH) partea hidrofil ; radicalul alchil (R) al unor acizi gra i poate avea grefat i gruparea hidroxil (OH), rezultnd hidroxiacizi. Acizii gra i satura i se g sesc distribui i n propor ii variate n diferite esuturi i produse de origine animal , au caten linear saturat (4-30 atomi C), sunt solizi, iar punctele de topire cresc o dat cu cre terea num rului de atomi de carbon din molecul . Exemple de acizi gra i satura i foarte r spndi i: acid butiric (C4) CH3(CH2 )2COOH (n unt); acid miristic (C14) CH3(CH2 )12COOH (majoritatea gr similor naturale); acid palmitic (C16) CH3(CH2 )14COOH (majoritatea gr similor naturale); acid stearic (C18) CH3(CH2 )16COOH (majoritatea gr similor animale). Acizii gra i nesatura i sunt mai r spndi i n natur dect cei satura i, sunt lichizi (cu excep ia acidului oleic care este semisolid), iar din punct de vedere fiziologic cei mai importan i sunt acizii gra i nesatura i cu 18 atomi de carbon. Acizii gra i nesatura i cu structur linear sunt monocarboxilici, con in una sau mai multe duble leg turi, au puncte de topire mai mici dect cei satura i cu acela i num r de atomi de carbon.

39

Exemple de acizi gra i nesatura i cu caten linear :Denumirea acidului Num r atomi C Formula Num rul i pozi ia dublelor leg turi (()

Palmitoleic Oleic Linoleic Linolenic Arahidonic Nervonic

16 18 18 18 20 24

CH3(CH2)5CH=CH(CH2)7COOH CH3(CH2)7CH=CH(CH2)7COOH CH3(CH2)4CH=CHCH2CH=CH (CH2)7COOH CH3CH2CH=CHCH2CH=CHCH2 CH=CH(CH2)7 COOH CH3(CH2)4CH=CHCH2CH=CHCH2 CH=CH CH2CH=CH(CH2)3COOH CH3(CH2)7CH=CH(CH2)13COOH

(9 (9 (9,12 (9,12,15 (5,8,11,14 (15

Acizii: linoleic, linolenic i arahidonic sunt indispensabili pentru cre terea, dezvoltarea i func ionarea normal a organismului animal i de aceea au fost denumi i acizi gra i esen iali (A.G.E.) sau vitamine F. Ei particip la formarea membranelor celulare, la metabolismul mitocondrial, intr n structura fosfolipidelor, sunt precursori ai prostaglandinelor. Prostaglandinele (PG) fac parte dintr-o clas special de acizi gra i nesatura i denumi i eicosanoizi, deoarece au catena format din 20 atomi de carbon. PG predomin n organele genitale i n plasma seminal , dar se g sesc i n esuturile altor organe: creier, inim , rinichi, uter, stomac, placent . Au rol hormonal (stimuleaz sinteza hormonilor n unele glande endocrine), stimuleaz contrac ia musculaturii netede (uter gravid, vezic urinar ), exercit ac iune vasodilatatoare, sc znd presiunea sanguin , diminueaz aciditatea gastric , intervin n reglarea temperaturii corporale etc. Principala proprietate general a acizilor gra i este caracterul lor hidrofob, deci nu sunt solubili n ap datorit catenei lungi de atomi de carbon puternic nepolar i care anuleaz caracterul polar al grup rii carboxil. Acizii gra i pot reac iona cu hidroxizii alcalini (NaOH, KOH), la cald, reac ie cunoscut sub numele de saponificare, i formeaz s punuri (s ruri de sodiu sau potasiu) cu propriet i tensioactive i deci agen i excelen i de emulsionare. Deasemenea acizii gra i se pot esterifica, iar cei nesatura i vor adi iona la nivelul dublelor leg turi atomi de hidrogen, halogeni, oxigen.40

3.3.2. ALCOOLI Alcoolii care intr n constitu ia lipidelor (denumi i i lipide nesaponificabile) pot fi clasifica i n trei categorii, n func ie de structura chimic , dup cum urmeaz :ALCOOLI ALCOOLI ALIFATICI NEAZOTA I: y glicerina (glicerolul) din lipidele simple i complexe

ALCOOLI CICLICI y mioinozitolul

y alcoolii cetilic, cerilic, miricilic (din structura ceridelor)

intr n structura inozitidelor y sterolii (au nucleu de baz ciclul steran - C17 H28 )

intr n structura steridelor ALCOOLI AMINA I (AMINOALCOOLI): y colina y colamina HO CH2 CH2 NH2

intr n structura lipidelor complexe sub form de esteri fosforici y serina y sfingozina H3C (CH2)12 CH = CH | H C OH | intr n structura glicerofosfolipidelor H C NH2 | CH2OH intr n structura sfingolipidelor

41

Trebuie subliniat faptul c alcoolii policiclici (sterolii) fac parte din clasa steroizi (steroide) i au diferite grup ri chimice grefate pe nucleul steran care le confer activit i biologice variate. Dup origine, sterolii pot fi: a) zoosteroli (de origine animal : colesterolul, lanosterolul, coprosterolul); b) fitosteroli (de origine vegetal : sitosterol, stigmasterol); c) micosteroli (din levuri, ciuperci i mucegaiuri: ergosterolul). y Colesterolul este principalul sterol de origine animal distribuit, sub form liber sau esterificat n toate celulele organismului. Predomin n esutul nervos (creier, m duva spin rii), n g lbenu ul de ou, n calculii biliari, n piele, n glandele suprarenale. Este de origine exogen , dar i endogen , fiind sintetizat din acetilcoenzima A.

n organismul animal colesterolul are un rol biochimic deosebit de important i anume: prin esterificare cu acizi gra i superiori formeaz lipidele complexe denumite colesteride; intr n structura biomembranelor celulare i contribuie la permeabilitatea acestora; ac ioneaz asupra permeabilit ii eritrocitelor, influen nd procesele de difuzie; este antitoxic i antihemolitic (neutralizeaz efectul unor toxine sau inhib ac iunea hemolitic a unor substan e p trunse n organism); are rol izolator n tecile de mielin , influen nd transmiterea influxului nervos;42

este precursorul metabolic (provitamina) vitaminei D3; este precursorul metabolic primar al acizilor biliari i al hormonilor sexuali i corticosuprarenali. Concentra ia normal de colesterol din snge se nume te colesterolemie. n st ri de hipercolesterolemie se intensific depunerea lui n esuturi (xantomatoza), favoriznd apari ia aterosclerozei. y Acizii biliari reprezint un ansamblu de compu i steroizi secreta i de bil n intestin sub form de s ruri alcaline (s ruri biliare). Acizii biliari sunt produ ii finali ai metaboliz rii colesterolului la nivelul ficatului i ulterior sunt deversa i n bil . Structura chimic de baz din care deriv acizii biliari este acidul colanic:

n func ie de num rul i de pozi ia grup rilor OH grefate pe molecula acidului colanic deriv mai multe tipuri de acizi biliari: y acidul colic (3,7 i 12 OH); y acidul deoxicolic (3,12 OH); y acidul litocolic (3 OH). Acizii biliari se conjug n ficat la nivelul grup rii carboxil (COOH) cu aminoacizii glicocol (HOOCCH2NH2 ) sau taurin (H2 NCH2 CH2SO3 H) i rezult acidul glicocolic i taurocolic, sub form de s ruri de Na i K denumite s ruri biliare. S rurile biliare sunt secretate n bil i deversate n intestin, unde ac ioneaz ca agen i de emulsionare a lipidelor alimentare, u urnd astfel scindarea enzimatic i absorb ia acestora prin transformarea lor n pic turi foarte fine cu interior hidrofob i exterior hidrofil.

43

Ca i s punurile, s rurile biliare sunt substan e tensioactive care mic oreaz tensiunea superficial de la suprafa a lipidelor insolubile n mediu apos, ducnd la apari ia agregatelor micelare.

3.4. ACILGLICEROLII (GLICERIDE)Gliceridele sunt lipidele simple cele mai r spndite, ele intrnd n componen a tuturor celulelor animale i vegetale i constituind forma de depozit a lipidelor la animale i plante. 3.4.1. CONSIDERA II GENERALE n organismul animal sunt n general gliceride de rezerv , localizate n esutul adipos i mai pu in gliceride de constitu ie, reprezentnd astfel sursa major de energie pentru organism. Sunt buni izolatori termici i mecanici cu rol de protec ie n organism, iar n combina ie cu proteinele (particule lipoproteice) servesc ca transportori ai acizilor gra i (via sistem limfatic i snge) n organism. Din punct de vedere al structurii chimice gliceridele sunt esteri ai glicerolului cu diferi i acizi gra i, esterificarea avnd loc la o grupare hidroxil din molecula glicerolului ( i rezult monoglicerid ), la dou grup ri hidroxil (diglicerid ) sau la trei grup ri hidroxil (triglicerid ). Dintre toate gliceridele, trigliceridele sunt cele mai r spndite n organismul animal. Structura general a unei trigliceride este:

n care: R, R1 i R2 sunt radicali ai acizilor gra i constituen i, identici sau diferi i. Trigliceridele naturale de origine animal sunt mixte, innd44

seama de acizii gra i constituen i. O astfel de triglicerid mixt ce con ine acid palmitic n pozi ia E, acid oleic n pozi ia F i acid stearic n pozi ia E' are urm toarea structur :

Denumirea ei clasic este palmitoleostearin sau E palmitoil-F oleoil-E' stearoilglicerol. 3.4.2. PROPRIET I GENERALE ALE TRIGLICERIDELOR Propriet ile trigliceridelor (fizice i chimice) sunt determinate de natura acizilor gra i pe care i con in. Din punct de vedere al st rii de agregare, cele cu acizi gra i nesatura i sunt lichide (uleiuri - gliceride vegetale), iar cele cu acizi gra i satura i sau cu acizi gra i nesatura i, dar cu dublele leg turi n pozi ia trans sunt solide sau semisolide (unturi i seuri - gliceride animale). Din punct de vedere al propriet ilor chimice, trigliceridele vor da reac ii caracteristice leg turilor ester i dublei leg turi (dac acizii gra i constituen i sunt nesatura i). y Hidroliza trigliceridelor are loc fie chimic (sub ac iunea unor acizi minerali), fie enzimatic, sub ac iunea lipazelor, cu eliberarea glicerolului i acizilor gra i constituen i.

45

Hidroliza are loc de fapt n trepte, cu eliberarea succesiv a acizilor gra i E, E' i n final F. y Saponificarea este o reac ie de hidroliz n mediu alcalin, n urma c reia se elibereaz s punuri (s ruri ale acizilor gra i)

Indicele de saponificare reprezint cantitatea de KOH n miligrame necesar pentru a saponifica un gram de triglicerid . Acest indice (Is) permite caracterizarea compozi iei chimice, respectiv a naturii acizilor gra i ce intr n structura trigliceridelor. Valoarea indicelui de saponificare este invers propor ional cu masa molecular a trigliceridei, respectiv cu masa molecular a acizilor gra i constituen i (cu lungimea catenei de atomi de carbon). Saponificarea este procesul care st la baza ob inerii s punurilor. y Hidrogenarea este o proprietate caracteristic trigliceridelor de natur vegetal , uleiurilor lichide, care con in preponderent acizi gra i nesatura i. Prin adi ia catalitic de hidrogen la dublele leg turi, ace tia se transform n acizi gra i satura i, solizi. Pe aceast proprietate se bazeaz procesul industrial de ob inere a margarinelor din uleiuri vegetale. Ca urmare a procesului de hidrogenare, vitaminele liposolubile, inclusiv acizii gra i esen iali (vitamine F) sunt distruse. De aceea margarinele trebuie s fie mbog ite ulterior cu aceste vitamine liposolubile (A, D, E). y Halogenarea trigliceridelor nesaturate decurge dup acela i mecanism ca i hidrogenarea, ele adi ionnd brom sau iod. Indicele de iod este o m rime ce caracterizeaz gradul de nesaturare al trigliceridelor. El reprezint cantitatea de iod n grame care se adi ioneaz la 100 g trigliceride. y Rncezirea este un proces natural, complex, de degradare pe care l sufer uleiurile i gr simile n timp, n condi ii necorespunz toare de conservare. Sub ac iunea umezelii i a unor microorganisme care se instaleaz , trigliceridele sunt par ial hidrolizate. Acizii gra i nesatura i46

elibera i pot fi oxida i cu oxigenul din aer la dublele leg turi i rezult astfel acizi gra i i aldehide-acizi cu mase moleculare mici.

De asemenea, prin oxidarea acizilor gra i pot rezulta i acizi F-cetonici, care prin decarboxilare formeaz metil-cetone cu C8 - C12.

To i ace ti produ i rezulta i (acizi gra i cu mase moleculare mici, mai ales acidul butanoic, aldehide-acizi i metil-cetone) confer mirosul caracteristic, nepl cut, de rnced. Procesul de rncezire poate fi prevenit cu ajutorul unor substan e antioxidante naturale, cum sunt tocoferolii, vitamine E, carotenii care inhib procesul de rncezire.

3.5. CERIDECeridele, numite i ceruri, sunt esteri ai acizilor gra i cu alcooli superiori. Structura lor general poate fi reprezentat astfel: R1 O CO R2 R1 = radical al alcoolului R2 = radical al acidului gras Att acizii gra i, ct i alcoolii con in 16-34 atomi de carbon.

47

Ceridele sunt secretate de diferite organe ale plantelor: frunze, tulpini, fructe. Ele se depun pe suprafa a acestora, avnd rol protector. De asemenea, ceridele pot fi ntlnite i la unele organisme animale. Astfel, ceara de albine, lanolina de pe lna oilor sunt amestecuri de ceride caracteristice acestor specii. Fiind solide i mai pu in uleioase la atingere dect gr simile, cerurile sunt folosite n industria farmaceutic i cosmetic , precum i pentru ob inerea unor alifii, unguente i creme de lustruit.

3.6. STERIDESteridele sunt lipide simple constituite din acizi gra i superiori (preponderent palmitic, oleic i linoleic), esterifica i cu alcooli policiclici (steroli). Dac alcoolul este colesterolul, esterificarea are loc la gruparea OH de la C3 i produsul de reac ie se va numi colesterid . Steridele sunt componente existente n cantit i mici n toate celulele organismului animal, inclusiv n produse de origine animal : lapte, ou .

3.7. GLICEROFOSFOLIPIDEGlicerofosfolipidele sunt lipide complexe, n structura lor particip sub form esterificat acizi gra i, glicerol, acid fosforic, precum i un alt alcool cu mas molecular mic , n special un aminoalcool. Ele sunt lipide de constitu ie, intr n structura membranelor plasmatice. Acestea sunt alc tuite de fapt din 40-50% fosfolipide i 50-60% proteine, precum i din glicolipide. Alcoolii ce pot intra n structura fosfolipidelor sunt: colina, colamina, serina i inozitolul. n func ie de natura celui de-al doilea alcool, glicerofosfolipidele se mpart n : y lecitine (colinglicerofosfolipide), care con in colin y cefaline (colaminglicerofosfolipide), care con in colamin y seringlicerofosfolipide, care con in serin y inozitolglicerofosfolipide, care con in inozitol.48

Structura general poate fi reprezentat astfel:

Cele mai r spndite sunt lecitinele i cefalinele. Acizii gra i ntlni i cel mai frecvent n structura lor sunt acidul stearic, acidul palmintic i acidul oleic.

De obicei n pozi ia F este esterificat un acid gras nesaturat (acid oleic). Aceast structur confer glicerofosfolipidelor att un caracter amfoter (sunt amfioni), ct i un caracter amfipatic. Caracterul amfipatic este determinat de prezen a unei componente hidrofobe, liposolubil (catenele celor doi acizi gra i) i a unei componente hidrofile, solubile n ap (fosforil-colina, fosforil-colamina, respectiv fosforil-serina). Datorit acestor dou componente, moleculele se pot orienta diferit n structurile celulare, formeaz straturi duble de lecitine i cefaline n care sunt apoi incluse macromolecule de proteine. De asemenea, sunt incluse molecule de steroli, precum i de glicolipide. n felul acesta ele alc tuiesc structura membranelor plasmatice, determinndu-le permeabilitatea, fenomenele de osmoz i de transport activ al diferitelor biomolecule n interiorul organismului.49

Prezen a macromoleculelor proteice orientate pe suprafa a extern a membranei, pe suprafa a intern a sa, incluse n interiorul membranei sau pe ntreaga grosime a acesteia, determin tocmai permeabilitatea membranelor plasmatice. Proteinele din structura membranelor sunt n acela i timp biochimic i biologic active. Ele pot fi enzime sau complexe enzimatice specifice, pot fi receptori pentru mesagerii chimici de lumin , presiune sau excita ii mecanice, sau pot fi proteine transportoare ale substan elor hidrofile. n felul acesta membranele plasmatice i ndeplinesc rolul lor complex de a asigura compartimentarea celular , precum i transportul diferitelor substan e att din mediu spre celule i invers, ct i ntre citosol i organitele celulare. n organism colinfosfolipidele i colaminfosfolipidele sunt scindate hidrolitic sub ac iunea unor fosfolipaze i rezult lizolecitina i lizofosfatidilcolamina cu ac iune hemolizant . Dintre glicerofosfatide lecitinele i cefalinele se g sesc n toate celulele organismului animal, preponderent n creier i n g lbenu ul de ou. Serinfosfolipidele predomin n esutul cerebral, unde se g sesc al turi de inozitolfosfolipide.

3.8. SFINGOLIPIDESunt lipide complexe care con in obligatoriu un alcool cu 18 atomi de carbon, numit sfingozin (sau omologul s u saturat dihidrosfingozina). Sunt lipidele distribuite n special n esutul cerebral, unde particip la constitu ia membranelor celulare (de regul n amestec cu alte substan e). Structura general a unei sfingolipide este de forma:H H3 C (CH2)12 C = C H HC OH HC NH CO R1 H2 1 C O R2 Sfingolipid 5018

unde: R1 = radical al unui acid gras saturat (lignoceric) sau nesaturat (nervonic); R2 = radical fosforilcolin , fosforilcolamin , galactoz , acid Nacetilneuraminic, legat la C1 din sfingozin . n func ie de natura radicalului R2 exist mai multe tipuri de sfingolipide: y sfingomieline, care con in fosforilcolin sau fosforilcolamin ; y cerebrozide, care con in F-galactoz sau F-glucoz ; y sulfatide, care con in galactozo-2sulfat; y gangliozide, care con in acid N-acetilneuraminic. Dintre acestea cele mai abundente i importante sfingolipide sunt sfingomielinele care intr n structura tecilor de mielin , ndeplinind datorit caracterului lor hidrofob rol de izolatori ai tecilor de mielin din axoni. Cerebrozidele, sulfatidele i gangliozidele pot fi ncadrate n categoria glicoconjugatelor i au func ii celulare importante: par s intervin n specificitatea de esut i de organ, n recunoa terea celul -celul , n imunitatea tisular sau n restaurarea excitabilit ii esutului la impulsurile nervoase, pierdut prin congelare sau prin inhibare cu proteine bazice.

51

CAPITOLUL 4 PROTIDE4.1. CONSIDERA II GENERALEProtidele sunt componente chimice primordiale ale materiei vii, compu i organici naturali, care prin structura i propriet ile lor definesc esen a vie ii constituind baza material a existen ei i a tuturor fenomenelor specifice acesteia. Denumire lor deriv de la cuvntul grecesc proteios care nseamn de prim rang, de cea mai mare importan . Protidele se caracterizeaz prin urm toarele tr s turi definitorii: sunt constituen ii universali i indispensabili ai tuturor formelor de via (purt torii materiali ai vie ii), asigurnd organizarea, men inerea structurii morfologice i manifestarea func iilor vitale ale celulelor; sunt biomacromolecule alc tuite din unit i structurale de baz , numite aminoacizi, legate una de alta prin leg turi peptidice ( CO NH ); de i prezint structuri chimice i func ii biologice diferite, sunt alc tuite din 20-22 aminoacizi fundamentali, aceia i la toate vie uitoarele, de la cea mai simpl bacterie pn la om; prezint un grad nalt de organizare structural ntr-o permanent interac iune cu sistemele chimice ambiante; se prezint ntr-o mare diversitate de tipuri diferite structural i func ional, ca rezultat al unui num r infinit de posibilit i de organizare molecular ; prezint propriet i fizice i biochimice specifice, consecin a organiz rii structurale i respectiv a conforma iei spa iale a macromoleculelor;52

sunt biomacromolecule informa ionale implicate n transmiterea informa iei de la o celul la alta sau de la un organism la altul; se afl ntr-o strns interdependen cu acizii nucleici, n sensul c biosinteza proteinelor se realizeaz pe baza informaiei genetice stocat n ADN, iar unele protide sunt enzime implicate n procesul de biosintez al acizilor nucleici. Datorit gradului nalt de diversitate structural , protidele ndeplinesc func ii fundamentale, specifice organismelor vii, cum ar fi:

PROTIDECOMPONENTE PLASTICE: particip la realizarea i men inerea structurii celulelor, membranelor i forma iunilor intracelulare BIOCATALIZATORI (ENZIME) prezint activitate enzimatic , cataliznd reac iile biochimice de sintez i degradare din organism. HORMONI particip la reglarea proceselor metabolice PIGMEN I RESPIRATORI transport pe cale sanguin oxigenul molecular la esuturi sau depoziteaz oxigenul n mu chi. SUBSTAN E CU ROL CONTRACTIL ndeplinesc activitatea contractil i locomotoare SISTEME TAMPON intervin n men inerea echilibrului acido-bazic (men inerea pH-ului n limite fiziologice) n organism PURT TORI MATERIALI AI TUTUROR NSU IRILOR BIOLOGICE intervin n procesele de diferen iere, cre tere, dezvoltare i reproducere celular TRANSPORTORI ndeplinesc func ii de transport i depozitare a ionilor metalici, vitamine, oxigen, dioxid de carbon SUBSTAN E DE SUS INERE I REZISTEN MECANIC ndeplinesc func ii mecanice n oase, piele, mu chi, vase sanguine ANTICORPI confer imunitate organismului contra unor agen i patogeni externi

53

Din punct de vedere al compozi iei chimice elementare, majoritatea protidelor sunt substan e cel pu in cuaternare (C, H, O, N); unele con in sulf i fosfor, iar altele con in metale (fier, cupru, magneziu etc.) Distribu ia protidelor n organismul animal difer n func ie de organ i specie, deci sunt organo-specifice i specie-specifice.

4.2. CLASIFICAREClasificarea protidelor se face dup mai multe criterii, conform schemei urm toare:PROTIDE

N FUNC IE DE CONFORMA IE I MORFOLOGIE:

N FUNC IE DE STRUCTUR :

PROTEINE FIBRILARE: y keratine (din piele, p r, unghii, coarne, ln , pene) y colagen (din tendoane, esut conjunctiv) y miozina (din mu chi) y fibroina (din m tase)

PROTEINE GLOBULARE: y enzime y anticorpi y hormoni y albumine y fibrinogen y hemoglobin

PEPTIDE oligopeptide (2-10 aminoacizi) polipeptide (10-100 aminoacizi)

PROTEIDE holoproteide (proteine) heteroproteide: au pe lng gruparea proteic i o component neproteic (prostetic )

4.3. COMPONEN I CHIMICI STRUCTURALIUnitatea structural de baz a protidelor o reprezint aminoacizii lega i prin leg turi covalente numite leg turi peptidice ( CO NH).

54

4.3.1. AMINOACIZI Structura fiec rei protide se caracterizeaz printr-un num r finit i variabil de aminoacizi. Natura, num rul, propor ia i secven a aminoacizilor constituen i determin diversitatea enorm a tipurilor de protide. 4.3.1.1. Structur , clasificare i rol biochimic Aminoacizii sunt compu i biochimici cu func ie mixt , deoarece con in o grupare func ional carboxil (COOH) i o grupare func ional amin (NH2), ambele grefate la acela i atom de carbon din pozi ia E (C2).R H CE NH2 COOH

y n func ie de particularit ile structurale ale radicalului R, aminoacizi se clasific astfel:1. AMINOACIZI ACICLICI: a) AMINOACIZI MONOAMINOMONOCARBOXILICI CU RADICAL (R) ALIFATIC:

55

b) AMINOACIZI MONOAMINOMONOCARBOXILICI CU O GRUPARE HIDROXIL (HIDROXIAMINOACIZI):

c) AMINOACIZI MONOAMINOMONOCARBOXILICI CU SULF (TIOAMINOACIZI):

d) AMINOACIZI MONOAMINODICARBOXILICI:

e) AMINOACIZI DIAMINOMONOCARBOXILICI:

56

2. AMINOACIZI CICLICI a) AMINOACIZI HOMEOCICLICI (CU NUCLEU AROMATIC):

b) AMINOACIZI HETEROCICLICI:

y n func ie de caracterul pe care-l manifest catenele laterale (R) aminoacizii componen i ai protidelor naturale se clasific n: a) aminoacizi cu catene apolare: glicocol, alanin , leucin , izoleucin , metionon , fenilalanin , triptofan; b) aminoacizi cu catene polare: serina, treonina, cisteina, tirozina, asparagina, glutamina; c) aminoacizi cu catene ionizabile: acidul aspartic, acidul glutamic, lizina, arginina, prolina.

57

y n organismul animal au fost identifica i aminoacizi care nu intr n structura protidelor, dar care au rol important n celul : fie sunt componen i structurali ai altor biomolecule (F-alanina, acidul K-aminobutiric), fie sunt produ i intermediari n diferite reac ii biochimice (citrulina, ornitina, homocisteina, dihidroxifenilalanina). Importan a fundamental a aminoacizilor const n participarea lor n structura proteinelor. Biosinteza proteinelor proprii specifice organismului animal este direct corelat cu aportul de aminoacizi exogeni, proveni i din hran . Organismul animal nu poate sintetiza dect aproximativ 50% din setul de aminoacizi necesari biosintezei proteinelor proprii, restul de aminoacizi fiind procura i prin hran (proteine alimentaredegradare hidrolitic

aminoacizi

biosintez

proteine proprii).

y Din acest punct de vedere aminoacizii pot fi clasifica i n trei categorii: a) aminoacizi esen iali (indispensabili pentru cre terea i dezvoltarea normal a organismului, care nu se pot sintetiza i deci trebuie procura i prin hran ); b) aminoacizi semiesen iali (sunt sintetiza i n cantit i nesatisf c toare n organism i trebuie suplimenta i prin hran ); c) aminoacizi neesen iali (sunt sintetiza i de organism i pot lipsi din hran ). Dintre aminoacizii esen iali amintim: valina, leucina, metionina, lizina, fenilalanina, treonina, triptofanul, aminoacizi care se g sesc n germenii semin elor de leguminoase, n plantele r d cinoase, dar i n produse animaliere ca: lapte, brnz , ou , carne de pe te. Lipsa lor din alimenta ie provoac tulbur ri de cre tere i dezvoltare, tulbur ri de fertilitate, atrofierea unor glande. Alimenta ia animalelor trebuie s fie complet i echilibrat n aminoacizi (respectiv proteine) cu valoare alimentar complet . Pentru aceasta este nevoie de cunoa terea precis a calit ii sursei de protein , nivelului proteic optim al ra iei, valoarea aminoacidului limitativ. Echilibrarea ra iei proteice se face prin ad ugarea la nutre urile vegetale a aminoacizilor de sintez sau a proteinelor de origine animal (f in de oase, de carne, de snge, de pe te, de scoic ).

58

4.3.1.2. Propriet ile generale ale aminoacizilor a) Aminoacizii sunt substan e optic active (cu excep ia glicocolului), deoarece au n molecula lor cel pu in un atom de carbon asimetric (CE) la care sunt legate cele dou grup ri func ionale, amino i carboxil; b) Aminoacizii n totalitate prezint o anumit solubilitate n ap , datorit celor dou grup ri (NH2 i COOH) care determin n solu ie apoas polarizarea aminoacizilor (amfiioni):

Gradul de solubilitate n ap variaz n func ie de natura radicalului R i de pH-ul solu iei. Totodat aminoacizii sunt pu in solubili n solven i organici.Varia ia solubilit ii aminoacizilor n ap i solven i organici n func ie de natura lor este utilizat n separarea, identificarea i determinarea lor cantitativ prin tehnica de analiz fizico-chimic numit cromatografie.

c) Aminoacizii sunt substan e cu caracter amfoter (deoarece se g sesc n solu ie sub form de amfiioni), astfel n mediul acid se comport ca baze (acceptori de protoni), iar n mediu bazic se comport ca acizi (donatori de protoni). Ionii astfel forma i migreaz sub ac iunea unui cmp electric spre catod (K) sau anod (A+) n func ie de valoarea pH-ului solu iei.

cmp electric

cmp electric

A+ 59

K

Pentru fiecare aminoacid exist o valoare de pH numit pH izoelectric (pHi), la care sarcina net a moleculei este zero (num rul sarcinilor pozitive este teoretic egal cu cel al sarcinilor negative) i drept urmare aminoacizii nu migreaz n cmp electric. Valoarea pHi depinde de structura aminoacidului i la aceast valoare solubilitatea aminoacidului este minim . d) Aminoacizii, datorit caracterului amfoter, constituie sisteme tampon (au ac iune de tamponare) foarte eficiente pentru men inerea constant a pH-ului celular. e) Aminoacizii sunt biomolecule cu reactivitate chimic mare datorit prezen ei n structura lor att a grup rii carboxil, ct i a grup rii amino. y Datorit grup rii carboxil (COOH) aminoacizii reac ioneaz cu: bazele (NaOH) i formeaz s ruri; alcoolii i formeaz esteri; amoniacul i formeaz amide; aminele i rezult amide substituite; elimin CO2 (decarboxilare) i rezult amine. n organismul animal reac iile de decarboxilare a aminoacizilor (catalizate de enzimele specifice - aminoacid decarboxilaze) conduc la formarea de amine biogene care exercit diferite ac iuni farmaco-dinamice sau sunt precursori ai unor coenzime, hormoni i vitamine. Unele dintre ele sunt toxice pentru organism (putresceina, cadaverina), fiind prezente n carnea alterat . y Datorit grup rii (NH2) aminoacizii pot reac iona cu: alchilderiva i halogena i i rezult deriva i cuaternari de amoniu; cloruri acide cu formare de amide substituite; dioxidul de carbon i rezult carbamino-deriva i (aceast reac ie st la baza transportului CO2 de la esuturi la pulmon de c tre aminoacidul lisin din structura hemoglobinei); ninhidrina i formeaz compu i colora i n marea lor majoritate albastru intens; 2,4 dinitrofluorbenzenul i rezult 2,4-dinitrofenil deriva i colora i n galben.

60

y Datorit prezen ei ambelor grup ri, amino i carboxil, aminoacizii pot condensa ntre ei cu formare de leg turi peptidice (CONH) ntre gruparea amino a unui aminoacid i gruparea carboxil a altui aminoacid, rezultnd compu i numi i peptide.R1 R2 R32H2O

H2NCHCOOH + H2NCHCOOH + H2NCHCOOH R1 R3

H2NCHCONHCHCONHCHCOOH R2 TRIPEPTID

Moleculele ce con in 2, 3, 4 sau chiar 10 aminoacizi condensa i se numesc dipeptide, tripeptide, tetrapeptide, respectiv decapeptide, iar la modul general oligopeptide. Polipeptidele sunt molecule ce con in n structura lor mai mult de 10 aminoacizi condensa i, iar proteinele sunt macromolecule cu mase moleculare mari (1103 - 1105 ) i cu un nalt grad de organizare structural . n structura unui lan peptidic apare ntotdeauna un aminoacid cu gruparea amino liber (se nume te a.acid N-terminal), ales prin conven ie n stnga lan ului i un aminoacid cu gruparea carboxil liber (se nume te a.acid C-terminal), ales prin conven ie cel din dreapta lan ului. 4.3.2. PEPTIDE Denumirea peptidelor se stabile te prin indicarea succesiv a denumirii fiec rui aminoacid component al moleculei de peptid cu ad ugarea sufixului il la fiecare denumire; excep ie face numai aminoacidul C-terminal cu grupare carboxil liber , care- i men ine denumirea neschimbat . De exemplu: o tripeptid cu structura: H2 N Ala Asp Cis COOH va fi denumit Alanil Aspartil Cistein .

61

Dintre propriet ile generale ale peptidelor (oligo i polipeptide) amintim: y sunt solubile n mediu apos, oligopeptidele formnd solu ii propriu-zise, iar polipeptidele dispersii coloidale; y au caracter amfoter i formeaz s ruri solubile cu acizii i cu bazele; y avnd n constitu ie cel pu in 3 aminoacizi, deci minim dou leg turi peptidice, peptidele (att oligo, ct i polipeptidele), reac ioneaz cu ionii de cupru n mediu alcalin i formeaz compu i cu structur de chela i de culoare albastr (reac ia biuretului); y prin hidroliz acid sau enzimatic sunt scindate n aminoacizii constituen i. n organismul animal au fost identificate o serie de peptide deosebite prin gradul de complexitate structural i prin func iile biochimice pe care le ndeplinesc. Un tripeptid important pentru organismul viu este glutationul rezultat prin condensarea acidului glutamic, cisteinei i glicocolului.

Legarea cistinei de acidul glutamic se realizeaz prin gruparea carboxil din pozi ia K a acidului glutamic. y Glutationul se prezint n dou forme structurale distincte: glutation redus (GSH) i glutation oxidat (GSSG). Glutationul oxidat provine din dou molecule de glutation redus care se oxideaz la nivelul grup rii tiol (SH) cu formarea grup rii disulfurice caracteristic cistinei:

62

Datorit grup rii tiol (SH) libere, glutationul prezint propriet i biologice. Astfel: Glutationul particip la procesele redox din celul prin transfer de hidrogen; Protejaz grup rile tiol (SH) din structura unor enzime contra oxid rii; se comport ca activator al unor enzime SH-dependente; Glutationul poate fi donator de hidrogen pentru anumi i compu i pe care i trece din stare oxidat n stare redus . n unele procese biochimice, glutationul redus ac ioneaz ca o coenzim , comportndu-se ca donator de hidrogen; GSH ac ioneaz ca antioxidant, men innd n stare redus activ diferi i compu i (acidul ascorbic, adrenalina, hemoglobina); Glutationul prezint ac iune antitoxic ; n organismul animal, GSH ac ioneaz n strns corela ie cu insulina - hormon pancreatic care intervine n reglarea glicemiei. y Ocitocina i vasopresina sunt octapeptide ciclice care prezint o mare asem nare din punct de vedere structural. Ocitocina i vasopresina (primii hormoni polipeptidici sintetiza i n laborator) sunt peptide cu propriet i hormonale secretate de lobul posterior al hipofizei (neurohipofiz ). Ocitocina stimuleaz lacta ia i contrac ia musculaturii netede (mu chiul uterin), nlesnind expulzarea f tului. Vasopresina determin constric ia vaselor sanguine avnd ac iune hipertensiv i regleaz eliminarea apei din organism pe cale renal , prezint propriet i antidiuretice. Dac vasopresina este sintetizat de organism n cantit i insuficiente, se instaleaz diabetul insipid care se manifest prin eliminare exagerat de ap prin urin (poliurie). Polipeptidele sunt constituite din 10-100 aminoacizi. y Insulina este o polipeptid cu rol hormonal secretat de pancreas. A fost descoperit de fiziologul romn Nicolae Paulescu cu opt luni naintea canadienilor. Molecula de insulin are o configura ie spa ial elicoidal i este constituit din 51 aminoacizi ordona i bicatenar. O caten A este format din 21 aminoacizi i a doua caten B este constituit din 30 aminoacizi. Aceste catene sunt legate intercatenar prin dou pun i disulfurice stabilite ntre radicalii de cistein din pozi iile 7 ale ambelor catene i respectiv ntre radicalii de cistein din pozi ia 20 a catenei A i din pozi ia 19 a catenei B. Exist i o a treia punte disulfur intracatenar , stabilit ntre63

radicalii cistein din pozi iile 6 i 11 ale catenei A. Existen a pun ilor disulfurice intercatenare este determinant pentru activitatea hormonal a insulinei.

Figura 4.1 - Reprezentarea schematic a structurii insulinei

Insulina prezint unele varia ii structurale n func ie de specie, care se manifest n secven a aminoacizilor din pozi iile 8, 9 i 10 ale catenei A. Insulina intervine n reglarea concentra iei de glucoz din snge (glicemie), exercitnd un efect hipoglicemiant. n insuficienta secre ie de insulin se declan eaz diabetul zaharat, care se manifest prin cre terea glicemiei peste nivelul normal (80-120 mg glucoz /100 ml snge uman) i apari ia de glucoz n urin (glicozurie). y Glucagonul este un polipeptid cu rol hormonal, secretat de pancreas. Structura glucagonului este alc tuit din 29 aminoacizi dispu i monocatenar. Spre deosebire de insulin , glucagonul con ine metionin i triptofan i nu con ine cistein , izoleucin i prolin . Glucagonul are efect hiperglicemiant. Din ac iunea antagonic insulin np glucagon se regleaz glicemia care astfel se men ine n limite normale. y O polipeptid recent descoperit n creier este scotofobina, alc tuit din 14 aminoacizi i care are rol n procesele de memorare, fiind implicat n codificarea informa iei primite n sistemul nervos central. y De asemenea, corticotropina (ACTH sau hormonul adrenocorticotrop) este polipeptid secretat de lobul anterior al hipofizei; este format din 39 aminoacizi i stimuleaz biosinteza i secre ia hormonilor steroizi de c tre corticosuprarenal . y Hormonul melanocit este polipeptid secretat de lobul anterior al hipofizei i stimuleaz producerea de celule melanocite ale pielii, iar64

gastrinele sunt polipeptide sintetizate de mucoasa gastric , cu rol n stimularea secre iei gastrice. y Printre polipeptidele naturale elaborate de microorganisme se num r antibioticele, care prezint interes n chimioterapia modern , deoarece manifest ac iuni de antibiotice, iar amanitina i faloidina sunt peptide extrem de toxice (otr vuri), con inute n unele specii de ciuperci. 4.3.3. PROTEINE Holoproteidele sau proteinele sunt biomacromolecule primordiale ale organismului viu, cu un nalt grad de organizare structural i cu rol fundamental n structura i implicit n func iile celulei. Sunt biocomponente constituite dintr-un num r mare de aminoacizi (lega i prin leg turi peptidice) al c ror tip i succesiune n catena polipeptidic este determinat genetic. Enorma diversitate structural i func ional a proteinelor animale (care poate fi specie-specific i organo-specific ) este determinat att de num rul, tipurile i secven a aminoacizilor componen i, ct i de organizarea spa ial , configura ional a moleculei de protein . 4.3.3.1. Structura proteinelor Proteinele sunt macromolecule cu structur complex , n care atomii i grupele de atomi constituen i sunt dispu i conform unui aranjament spa ial conforma ional, n cadrul aceleia i configura ii a moleculei de protein (configura ie = dispunerea tridimensional a atomilor n raport cu un anumit centru de referin sau cu o anumit component a structurii considerat rigid ; conforma ie = modalitatea n care atomii sunt repartiza i n spa iu tridimensional, ca o consecin a rotirii acestora n jurul unei leg turi simple existente n molecula respectiv ). Structura general a proteinelor este determinat de urm torii factori: a) caracterul leg turii peptidice (caracter par ial de dubl leg tur , datorit delocaliz rii electronilor T ai leg turii C = O);

65

b) geometria leg turii peptidice (leg tura peptidic , avnd caracter par ial de dubl leg tur , nu permite o rota ie liber a atomilor de C i N n jurul ei, fapt ce se repercuteaz asupra organiz rii spa iale a proteinelor); c) natura catenelor laterale (R) ale aminoacizilor componen i care pot prezenta grup ri polare (provenite din grup rile func ionale COOH, NH2, OH, SH) sau nepolare; d) conforma ia (organizarea stereospecific ). Structura global a macromoleculelor proteice este o rezultant a coexisten ei i interac iunii mai multor nivele de organizare, i anume: 1. Primar 2. Secundar 3. Ter iar 4. Cuaternar . 1. Structura primar este structura de baz a fiec rei proteine i reprezint num rul, tipul, propor ia i ordinea aminoacizilor n catena polipeptidic . Ea se caracterizeaz prin: existen a leg turilor peptidice (CONH) care se stabilesc ntre diferi i aminoacizi; existen a unei succesiuni (secven ) bine definite a aminoacizilor n catenele polipeptidice, secven sub control genetic (prin informa ia cuprins n AND); determin configura ia de ansamblu specific fiec rei proteine.

Figura 4.2 - Structura primar a unui lan polipeptidic

2. Structura secundar : reprezint aranjamentul spa ial al lan ului polipeptidic (eviden iat prin studii de microscopie electronic sau analiz cu raze X), aranjament datorat multiplelor leg turi de hidrogen66

intra- i intercatenare ce se stabilesc ntre grup rile NH i CO din leg turi peptidice diferite. Formarea acestor leg turi de hidrogen este posibil datorit distribu iei diferite a electronilor la nivelul leg turii peptidice, leg tur care devine par ial ionizat , deoarece atomul de O va avea un exces de electroni (H), iar atomul de N un deficit de electroni (H+). De i leg turile de hidrogen sunt relativ slabe, totu i stabilitatea structurii secundare este asigurat prin posibilitatea form rii acestor leg turi ntr-un num r mare i prin repartizarea lor uniform de-a lungul catenelor polipeptidice. Structura secundar este reprezentat prin trei modele (conforma ii): E-helix, n planuri pliate i tip colagen. y Modelul E-helix rezult prin spiralarea catenei polipeptidice ntr-o elice orientat de la stnga la dreapta (orientare care predomin n structura proteinelor native i este mai stabil din punct de vedere energetic). Aceast structur are urm toarele caracteristici: pe fiecare spir (tur ) sunt 3,6 aminoacizi; distan a dintre ture este 5,4 ; toate grup rile NH i CO formeaz leg turi de hidrogen; radicalii R ai tuturor aminoacizilor sunt orienta i spre exteriorul elicei, deasupra sau dedesubtul planului leg turilor peptidice. O astfel de structur se ntlne te n E-keratina din firul de p r uman, lna i blana animalelor. y Modelul n planuri pliate (F-pliere, foaie F-pliat ): n aceast structur lan ul polipeptidic sufer o ndoire cu un unghi de 90r, care se face n dreptul atomului de CE, purt tor al grup rilor COOH i NH2 implicate n leg turi peptidice. Aceast ndoire (pliere) a lan ului polipeptidic determin apari ia de leg turi de hidrogen intercatenare ntre dou sau mai multe lan uri polipeptidice (ntre atomii de H dintr-o leg tur peptidic a unui lan polipeptidic i atomii de O dintr-o leg tur peptidic a altui lan polipeptidic), leg turi care confer stabilitate acestei structuri. Modelul n planuri pliate este de tip paralel (F-keratina) i antiparalel (fibroina din m tasea natural ).

67

Figura 4.3 - Conforma ia E-helix a lan ului polipeptidic

Figura 4.4 - Modelul n planuri pliate

Figura 4.5 - Modelul tip colagen68

Proteinele cu structur F-pliere sunt flexibile, dar nu elastice i sunt n general proteinele sub form de filamente (proteine fibrilare). Rezult astfel c F-keratina cu structur F-pliere este mai relaxat dect E-keratina care are o configura ie E-helix, ntre ele existnd o transformare reversibil de forma: E-keratina (E-helix) F-keratina (F-pliere)

y Modelul tip colagen: este conforma ie specific colagenului (protein fibrilar prezent n oase, tendoane, cartilaje, esut conjunctiv, constituind aproximativ 30% din totalul proteinelor din organism). Din punct de vedere structural molecula de colagen se prezint ca un superhelix format din 3 lan uri polipeptidice spiralate (triplu helix), fiecare caten spiralat fiind r sucit spre stnga i nf urat att n jurul propriei axe, ct i n jurul axei comune celor trei catene. Fibra de colagen apare astfel ca o funie mpletit a c rei stabilitate este realizat prin leg turi de hidrogen intercatenare, leg turi electrostatice, for e Van der Waals i pun i disulfurice, care i confer o rigiditate extrem . Fiecare caten polipeptidic are ca unitate repetitiv un triplet de aminoacizi: glicocol - prolin - hidroxiprolin , care prin structura lor chimic nu permit adoptarea conforma iei E-helix sau F-pliere, ci faciliteaz adoptarea conforma iei triplu helix. Trei catene polipeptidice formeaz unitatea structural repetitiv a colagenului i care poart numele de tropocolagen. n fiecare molecul de tropocolagen exist dou catene polipeptidice de un tip i una de un alt tip, iar la una din extremit ile moleculei se g sesc grup ri chimice ionizate. Moleculele de tropocolagen sunt orientate n acela i sens i asociate n fibrile de forma:

69

Figura 4.6 - Structura triplu helix a colagenului

Figura 4.7 - Conforma ia unui lan polipeptidic din structura triplu helix a colagenului

70

3. Structura ter iar este o organizare spa ial complex rezultat prin nf urarea lan ului polipeptidic ntr-o suprastructur tridimensional (globular ). Proteinele cu structur ter iar , respectiv proteinele globulare, prin nf urarea lor, formeaz un miez hidrofob, format din radicali nepolari i o parte extern hidrofil , cu grup ri chimice disociabile ale aminoacizilor constituen i. Structura ter iar , prin complexitatea sa, include att structura primar , ct i structura secundar (E-helix n principal sau F-pliere n secundar); ntre structura secundar i cea ter iar exist numeroase similitudini, de aceea s-a acreditat i terminologia de structur secundoter iar . Structura ter iar a proteinelor globulare poate fi clasificat , n func ie de secven a zonelor cu structuri secundare ordonate, astfel: conforma ia E, care con ine doar catene E-helix antiparalele grupate dou cte dou ; conforma ia F, care con ine numai catene cu structur F-pliat antiparalele; conforma ia E+F, care con ine att catene E-helix, ct i catene cu structur F-pliat plasate n diferite p r i ale moleculei. Foaia F-pliat este format din lan uri antiparalele, avnd la capete grupate catenele E-helix; conforma ia E/F, n care segmente cu structur secundar F orientate paralel ntr-o foaie F-pliat alterneaz cu segmente cu structur secundar E-helix aflate de o parte i de alta a foii Fpliate. Structura ter iar este un stadiu avansat de organizare spa ial a structurii proteinelor, a c rei complexitate este determinat de existen a unor multiple interac iuni chimice intramoleculare, cum ar fi: y leg turi covalente formate prin pun i disulfurice stabilite ntre radicalii de cistein ; y leg turi ionice stabilite ntre grup ri polare ( NH 3 i COO din diferi i amoniacizi); y leg turi de hidrogen nepeptidice; y leg turi de tip eter, de tip ester, prin for e Van der Waals sau interac iuni hidrofobe;71

leg turi dipol-dipol (stabilite ntre grup rile OH din serin , treonin ). Toate aceste leg turi sunt ns leg turi slabe (cu excep ia celor covalente), care confer structurii ter iare o anumit labilitate i care se pot desface sub ac iunea unor factori fizici sau chimici, fenomen cunoscut sub numele de denaturarea proteinelor, proces nso it de cele mai multe ori de pierderea propriet ilor biologice. y

Figura 4.8 - Structura ter iar a unei proteine (reprezentare schematic )

4. Structura cuaternar reprezint cel mai nalt grad de organizare molecular a proteinelor, caracteristic proteinelor native, care exist ca agregate moleculare formate din mai multe catene polipeptidice unite n subunit i. Structura cuaternar reprezint asocierea unor catene polipeptidice identice, numite protomeri (care au deja structur primar , secundar , ter iar definit ), ntr-un ansamblu (agregat) denumit oligomer. n func ie de num rul protomerilor (care pot fi identici sau diferi i) proteinele oligomere pot fi dimeri, trimeri, tetrameri. Leg turile dintre protomeri se manifest la suprafa a fiec rui protomer, sunt leg turi de hidrogen i de tip electrostatic i au rolul de a stabiliza agregatul molecular. Asamblarea proteinei oligomere are loc prin al turarea unor poriuni din suprafa a monomerilor, precizia cu care se realizeaz asamblarea i stabilitatea configura iei proteinei oligomere fiind asigurate de principiul complementarit ii subunit ilor.

72

Un exemplu de protein oligomer l constituie componenta proteic a hemoglobinei (Hb) - pigment sanguin - denumit globin . Structura cuaternar a globinei este un tetramer constituit din patru protomeri, respectiv din patru catene polipeptidice: 2 catene E identice (fiecare avnd 141 aminoacizi) i 2 catene F identice (fiecare avnd 146 aminoacizi). Cei patru protomeri se constituie n cte dou subunit i, fiecare subunitate avnd o caten polipeptidic E i una F. Asocierea celor patru protomeri pentru formarea structurii cuaternare a Hb este redat prin rela ia:

E 2 E +2 F Fmonomeri E monomeri F

F

E

tetramer E2F2

n situa ia n care anumi i factori fizici sau chimici induc disocierea subunit ilor, aceasta presupune totodat modificarea conforma ional a proteinei i respectiv pierderea activit ii ei biologice. 4.3.3.2. Propriet i generale a proteinelor A. Propriet i fizico-chimice y Starea de agregare: n stare pur sunt substan e solide, cristaline sau amorfe, stabile la temperatur obi nuit , iar la t>50rC se denatureaz . y Masa molecular variaz de la cteva mii la milioane de Daltoni (1 Da este unitatea atomic de mas = 1,6710-24 g). Pentru determinarea masei moleculare se folosesc, ca metode curente, ultracentrifugarea i cromatografia de excludere molecular .

73

y Solubilitatea proteinelor: proteinele globulare sunt solubile n ap i n solu ii saline, iar cele fibrilare sunt insolubile. Solubilitatea proteinelor depinde de pH-ul i compozi ia mediului. y Caracterul coloidal: datorit configura iei macromoleculare proteinele se comport n solu ii diluate ca ni te coloizi hidrofili (sisteme heterogene constituite dintr-o faz dispersat - proteina care manifest afinitate pentru mediul de dispersie reprezentat de ap ). Datorit caracterului coloidal proteinele nu dializeaz prin membrane semipermeabile i se denatureaz reversibil. y Disocierea proteinelor: proteinele sunt polielectroli i avnd caracter amfoter (n mediu acid se comport ca baze, iar n mediu bazic ca acizi). Prezen a concomitent a ionilor negativi carboxilat (COO) i a ionilor pozitivi amoniu ( NH3 ) pe un lan polipeptidic induce proteinelor un caracter amfiionic (ioni bipolari). n func ie de structura primar a fiec rei proteine, ca i de pH-ul mediului, pentru orice protein exist o valoare de pH, numit pH izoelectric (pHi), la care sarcina global a proteinei este zero, starea coloidal se destabilizeaz , iar proteinele prezint solubilitate minim . La pH>pHi sarcina global a proteinei este negativ (anion), iar la pH


Recommended