1. - BIOCHIMIA-1-2

BIOCHIMIE – Curs nr. 1 Prof. Lucreţia Udrescu

27.11.2009

BIOCHIMIA BIOCHIMIA = ştiinţa biologică, ce se ocupă cu studiul constituenţilor celulari sau subcelulari, utilizând metode moderne de investigaţie a acestora, evident noi roluri şi mecanisme de acţiune ale acestor constituenţi. Obiectivul biochimiei medicale: - evidenţiează relaţiile între procesele biochimice şi funcţiile fiziologice sau fizio-patologice; - descoperă mecanismele moleculare ce stau la baza declanşării unor boli. - Proteine, - Metabolismul: - glucidelor, - Hormoni, - Enzime, - lipidelor, - Apa, - Vitamine şi coenzime, - proteinelor şi aminoacizilor, - Matricea extracelulară, - Acizi nucleici, - hemoproteinelor, - Noţiuni de nutriţie; - Biosinteza proteinelor, - nucleotidelor pirimice şi - Energia biochimică pirimidinice; - Metode de laborator pentru determinarea unor criterii biologice şi compoziţii chimice a produselor biologice de analizat;

I. PROTEINELE

Substanţele macromoleculare de natură polipeptidică reprezintă constituenţii chimici ai organismelor vii cu cel mai înalt grad de complexitate. Proteinele sunt constituite din aminoacizi (AA). Există 20 AA fundamentali → caracteristici tuturor organismelor vii din natură. Deşi teoretic AA se pot combina divers, la un anumit organism nu se realizează decât anumite secvenţe, specificate de material genetic, de ADN parental  - proteinele sunt: - macromolecule informaţionale, - cu secvenţe specifice de AA. Proteinele îndeplinesc funcţii fundamentale în organismele vii: • actina – proteină contractilă din muşchi; • amilaza – enzimă, participă la digestia amidonului; • citocronii – transportă e- (electroni); • colagenul – principala proteină din ţesutul conjunctiv; • hormoni de creştere – hormon hipofizar; • hemoglobina – transportă O2 în sistemul circulator; • imunoglobulinele – sunt anticorpi (Ac) ce fixează şi imobilizează agenţii bacterieni; • fibrinogenul – proteină plasmatică cu rol în coagularea sângelui; • insulina – hormon pancreatic hipoglicemiant; • feritina – formă de depozitare a fierului. ..

1

BIOCHIMIE – Curs nr. 1 Prof. Lucreţia Udrescu

27.11.2009

Rolul proteinelor  rol structural major – ele constituie materialul din care sunt constituite toate structurile celulare, membranare, materialul intercelular al ţesuturilor şi organelor,  au acţiuni catalitice – determinând varietatea nesfârşită de reacţii biochimice;  proteine contractile – cu ajutorul lor organismele vii îndeplinesc activitatea contractilă şi locomotoare;  pot stoca şi transmite mesaje chimice diverse;  transportă şi depozitează ioni metalici, vitamine, O2 (oxigen), CO2 (dioxid de carbon);  apără organismul împotriva unor corpi străini, macromolecule, virusuri, bacterii  proteine = imunoglobuline; I.1. AMINOACIZI Sunt: - substanţe ce constituie unitatea de construcţie ale proteinelor → R - CH – COOH NH2 Există 20 AA fundamentali, specificaţi prin codul genetic, prezenţi în toate organismele vii (AA proteinogeni) - glicina (Gli, Gly) - prolină (Pro) - cisteina (Cys, Cis) - alanina (Ala) - histidină (His) - metionina (Met) - valina (Val) - triptofan (Trp) - acid aspartic (Asp) - leucina (Leu) - serina (Ser) - asparagină (Asn) - izoleucina (Ile) - treonina (Thr, Tre) - acid glutamic (Glu) - lizina (Lis, Lys) - arginină (Arg) - glutamină (Gln) - fenilalanina (Phe) - tirozina (Thir, Tyr) Aminoacizi neproteinogeni: • β – Ala - component al CoA (coenzima A); • acid γ (gama) – aminobutiric (GABA) – neuromodulator; • acid δ – aminolevunilic – în biosinteza hemului • citrulina – în ciclul ureogenetic; • ornitina – în ciclul ureogenetic; • homoserina, homocisteina – în metabolizarea AA; • PABA (acid paraaminobenzoic) – factor de creştere pentru bacterii, component al acidului folic. Proprietăţi fizico-chimice Substanţe solide cu puncte de topire ridicate (>2000C); Solubilitatea este diferenţiată: - greu solubil în: - benzen, cloroform, eter; - uşor solubil în: - soluţii diluate de acizi şi baze. I.2. PEPTIDELE Sunt combinaţii de tip amidic ce se formează din 2 sau mai mulţi AA. H2N – CH – COOH + H2N – CH – COOH H2N – CH– NH – CH – COOH - H2O R R R R capăt C - terminal capăt N - terminal

..

2

BIOCHIMIE – Curs nr. 1 Prof. Lucreţia Udrescu

27.11.2009

Din punct de vedere al numărul AA: - cu mai puţini AA = oligopeptide, dipeptide; - cu număr mare AA sau peptide = polipeptide În organismele vii există numeroase peptide cu funcţii particulare: • Angiotensina II – agent hipertensiv, reglează secreţia de aldosteron; • Oxitocina – hormon neurohipofizar; • Bradikimina – agent hipotensor. I.3. PROTEINELE Au o structură polipeptidică, nu există o delimitare între polipeptide. Fiecare tip de celulă, fiecare individ, fiecare specie posedă un set caracteristic de proteine. Structura proteinelor: - primară → indică numărul şi secvenţa AA; - secundară → este dată de interacţiunea dintre

C = O şi -NH; - sunt structuri ordonate,

periodice; - terţiară → cuprind nivelul secundar de organizare la care se ..... - cuaternară → pentru proteinele oligomere, alcătuite din numeroase lanţuri polipeptidice; - descrie modul în care lanţurile polipeptidice individuale se asociează şi se asamblează pentru realizarea structurii funcţionale a proteinelor. Clasificarea proteinelor: a. după solubilitate: - proteinele globulare – uşor solubile; - proteinele intracelulare şi fibrilare – insolubile, - proteine extracelulare ,cu rol de susţinere - insolubile; b. după compoziţie: - proteine simple – alcătuite numai din AA, - proteine conjugate (heteroproteine ) – alcătuite dintr-o proteină (apoproteină) + grupare prostetică (grupare chimică diferită de lanţul peptidic). După natura grupării postetice proteinele se clasifică în:  fosfoproteine: - grupare prostetică = rest fosforil legat esteric la grupele - OH ale resturilor Ser, Tre, Tir; - unele proteine sunt: - fosforilate permanent (cazeina), - tranzitor (fosforilate – defosforilate).  glicoproteine: - monozaharide sau oligozaharide + lanţ polipeptidic; - sunt proteine din membrana plasmatică, cele ce căptuşesc diferite cavităţi;  lipoproteine: - proteine asociate cu una sau mai multe grupe de lipide; - prezente în plasmă;  cromoproteine: - proteine colorate datorită grupei prostetice pe care o conţin; - subclasa hemoproteinelor => grupa prostetică = HEM, cuprinde: - hemoglobina şi mioglobina (transportă O2); - citocromii (transportă e-); - subclasa flavoproteinelor (transportă H) – proteine colorate în galben (grupa prostetică = derivat de vitamina B2);  metaloproteine: - feritina – proteine ce depozitează Fe; - ceruloplasmina – proteine cu ioni Cu2+;

..

3

BIOCHIMIE – Curs nr. 1 Prof. Lucreţia Udrescu 

27.11.2009

nucleoproteine: - acizi nucleici + proteine;

Clasificarea proteinelor după funcţiile pe care le îndeplinesc: - proteine enzimatice, - proteine contractile, - proteine hormonale, - proteine de transport. Proteine plasmatice Plasma conţine: - o cantitate mare de proteine foarte variate. Există 5 fracţiuni: - serumalbumina, - α1¯,α2¯, β şi γ – globuline; a. Serumalbumina: - reprezintă jumătate din proteinele plasmatice, - este sintetizată de ficat, - are rolul de a menţine apa în spaţiul intracelular, - leagă mai multe componente plasmatice, având rolul de transportor al acestora, - leagă: - bilirubina, - vitamine liposolubile, - hormoni steroizi, - hormoni tirodieni, - Ca2+, Cu2+, - multe medicamente; b. Imunoglobuline (Ac = anticorpi) Sunt: - proteine cu rol de apărare împotriva microorganismelor ce invadează organismul. - proteine solubile, se află în principal în plasmă. Reprezintă elemente de recunoaştere ale sistemului umoral. Imunoglobulinele (Ig) sunt sintetizate ca răspuns specific la pătrunderea în organism a unui microorganism sau a unui complex macromolecular (proteine, polizaharide) străin. Agenţii străini capabili să declanşeze sinteza de anticorpi se numesc antigene. Un anticorp se combină cu Ag specific, formând complexul Ac-Ag (complex imun), care blochează Ag şi declanşează procese prin care este distrus Ag patogen. Organismul uman are capacitatea de a recunoaşte orice fel de Ag şi de a sintetiza Ac specifici. Un adult poate sintetiza cca. 1 milion de specii moleculare de imunoglobuline. Există mai multe tipuri de imunoglobuline cu funcţii diferite: • Ig A – se află în concentraţii mici în plasmă, în secreţiile mucoase din intestin, plămâni, lacrimi, salivă, colostru; • Ig D - în concentraţii cele mai mici în plasmă;

..

4

BIOCHIMIE – Curs nr. 1 Prof. Lucreţia Udrescu

27.11.2009

- rol insuficient determinat; • Ig E - sunt responsabili de unele manifestări ale răspunsurilor alergice (secreţii de histamină, de serotonină uneori); • Ig G - reprezintă fracţia majoră a imunoglobulinelor plasmatice; - se găsesc şi în lichidele interstiţiale; - sunt sintetizate în concentraţii mari la al 2-lea contact cu Ag; - traversează placenta; • Ig M - se găsesc în principal în plasmă; - sunt sintetizaţi ca răspuns la primul contact al organismului cu Ag. Factori ai coagulării (fibrinogenul) Coagularea sângelui reprezintă: - un mecanism de apărare pentru a împiedica hemoragiile. Formarea cheagului (trombus) are loc prin transferul fibrinogenului (proteină plasmatică solubilă) în fibrină (insolubilă), care formează o reţea în care sunt înglobate trombocite şi hematii. Coagularea este un proces rapid, ce trebuie să rămână localizat la locul leziunii vasculare, iar apoi cheagul urmând să fie distrus prin dizolvare cât mai rapidă (fibrinoliză). Hemoproteinele  Hemoglobina şi mioglobina transportă O2. - Grupa prostetică = HEM, alcătuit din protoporfirină şi Fe 2+; - Hemoglobina = transportă eficient O2 (4 molecule O2), dar şi H+ şi CO2; +1e Citocronii transportă e-, prin intermediul fierului Fe 3+ Fe2+; - 1eFibronectinele Sunt: - proteine extracelulare adezive. Au rol important în interacţiunea dintre celule şi membranele bazale sau diferite componente extracelulare şi celule. Sunt importante în: - embriogeneză, - în menţinerea integrităţii ţesuturilor, - determină migrarea celulelor canceroase. Există mai multe tipuri de fibronectine. Exemplu: - fibronectina plasmatică – cu rol în formarea chegului, prin legare de fibrină, fibronectina este încorporată în cheag şi asigură ancorarea cheagului de celule şi de pereţii vaselor.

..

5

BIOCHIMIE – Curs nr. 1 Prof. Lucreţia Udrescu

27.11.2009

II ENZIMELE

Numărul reacţiilor chimice din organismele vii sunt de ordinul miilor şi majoritatea din aceste reacţii sunt catalizate. Catalizatorii recţiilor din organismele vii se numesc enzime (în trecut = fermenţi). Locul de acţiune al enzimelor este: - în interiorul celulelor, - unele în afara celulelor. Toate enzimele specifice unui tip de celulă sunt sintetizate de celula respectivă. Enzimele ce acţionează în afara celulei sunt sintetizate doar de anumite tipuri de celule (hepatice, renale, etc). O caracteristică fundamentală a enzimelor este: - înalta specificitate, astfel încât este evitată formarea de produşi secundari în reacţii. Se pot considera 3 variante de specificitate: - de reacţie, - de substrat, - stereochimică. Din punct de vedere structural, enzimele sunt proteine pure (puţine) sau heteroproteine (majoritatea enzimelor) ↓ proteina + grupa prostetică ↓ ↓ apoenzima cofactor: - molecule organice mici, - ioni. În orice reacţie catalizată enzimatic este obligatorie formarea intermediară a unui complex enzimă – substrat: E+S ES E + PRODUS Acţiunea multor enzime este inhibată de compuşi chimici diverşi, care pot fi: - endogeni (metaboliţi); - exogeni (unele medicamente, agenţi toxici) Inhibiţia pote fi: - reversibilă, - ireversibilă (inactivare) Sunt 6 clase de enzime: 1. Oxidoreductaze – catalizează reacţii de oxido-reducere; 2. Transferaze – catalizează transferuri de grupe ce conţin C, N, P; 3. Hidrolaze – catalizează scindări de legături chimice covalente cu participarea apei; 4. Liaze – catalizează ruperi ale legăturilor C-C, C-S, C-N; 5. Izomeraze – catalizează toate tipurile de izomerizări; 6. Ligaze – catalizează formarea de legături între C şi O, S, N;

..

6

BIOCHIMIE – Curs nr. 1 Prof. Lucreţia Udrescu

27.11.2009

III. VITAMINE ŞI COENZIME

Vitaminele sunt: - substanţe absolut necesare animalelor superioare şi care nu pot fi sintetizate în organismul lor.  vitaminele trebuie obţinute din alimente. Majoritatea vitaminelor sunt constituenţi coenzimatici, participând la diferite reacţii metabolice. Pentru îndeplinirea tuturor rolurilor funcţionale ale vitaminelor, organismul uman are nevoie de cantităţi foarte mici (μg/zi = micrograme pe zi), dar aceste cantităţi trebuie să fie procurate în mod regulat din raţia alimentară, altfel pot surveni => - avitaminoze, - hipovitaminoze. Clasificarea vitaminelor: a. hidrosolubile - a.1. – complexul B: - B1 – tiamina, - B2 – riboflavina, - B6 – piridoxina, - PP – niacina, - B12 – ciancobalamina, - acid folic, - biotina, - B5 – acid panteotenic. - a.2. – vitamina C b. liposolubile – vitaminele A, D, E, K a.1. Vitamine hidrosolubile din complexul B Toate vitaminele B se găsesc împreună în natură; Sunt cofactori în unele reacţii enzimatice. •

Vitamina B1 = tiamina → coenzima = tiaminpirofosfat (TPP) • ca TPP participă în metabolismul glucidic, mai exact intervine în decarboxilarea acidului piruvic; • lipsa vitaminei B1 => acidul piruvic se acumulează, ducând la manifestări patologice la nivelul SNC;

•

Vitamina B2 = riboflavina (galbenă) → coenzime: - flavinmononucleotid (FMN) - flavinadenindinucleotid (FAD) • FMN şi FAD participă la numerose reacţii de oxidoreducere (hidrogenerare – dehidrogenerare); • rol metabolic major al FMN şi FAD, implicit al vitaminei B2;

•

Vitamina PP = niacina şi coenzimele sale ..

7

BIOCHIMIE – Curs nr. 1 Prof. Lucreţia Udrescu

•

27.11.2009

•

este vitamină antipelagroasă;

•

amida vitaminei PP este: - niacinamida, care are aceeaşi acţiune vitaminică;

• rolul metabolic al vitaminei PP este: - intră în structura a 2 coenzime ce participă la reacţia de oxidoreducere: - nicotinamida dinucleotid (NAD), - nicotinamida dinucleotid fosfat (NADP); Vitamina B6 – piridoxina şi coenzimele sale • Coenzime: - piridoxalfosfat, - piridoxaminfosfat; • coenzimele participă la reacţii de transaminare, decarboxilare, transsulfurare;

•

Vitamina B5 – acid pantotenic şi coenzima A • Pan (greacă = tot), panthos (= peste tot) este o vitamină foarte larg răspândită în ţesuturile vegetale şi animale; • în organism suferă o serie de transformări chimice şi => coenzima A; • coenzima A participă la numeroase procese biochimice fundamentale : - de biosinteză, - de degradare; • un compus ce include CoA (coenzima A) se numeşte Acetil Coenzima A – în metabolismul glucidic şi lipidic;

•

Biotina • • •

•

Vitamina B12 – ciancobalamina • vitamină antipernicioasă pentru om şi factor de creştere pentru microorganisme; • în ficatul omului sănătos există 3 compuşi cobalaminici: - metil-, - hidroxo-, - deoxiadenozil- cobalamina; • aceşti 3 şi/sau vitamina B12 ca atare participă, ca şi coenzimă în reacţiile de transmetilare (mai exact: izomerizaze/mutaze); • deficitul de vitamina B12: - homocisteina nu se mai metilizează şi se elimină prin urină (acidurie metilomalonică); • există şi 4 tulburări ereditare, caracterizate prin incapacitatea organismului de a folosi vitamina B12;

•

Acidul folic • descoperită în „folia” (frunzele) spanacului; • cel mai important rol din organism este: - transportor de grupări ce conţin câte 1 atom C şi care sunt utilizaţe în biosinteză;

..

pentru om şi animalele superioare este vitamină; pentru drojdii, ciuperci şi bacterii → factor de creştere; în organism: - participă la metabolismul lipidic şi glucidic, - intervine în fixarea CO2 pentru unii metaboliţi în reacţii de carboxilare; ↓ ca şi coenzimă a carboxilazelor;

8

BIOCHIMIE – Curs nr. 1 Prof. Lucreţia Udrescu •

27.11.2009

coenzima este: - acidul tetrahidrofolic;

a.2. Vitamina C – acid ascorbic • vitamină antiscorbut; • ca atare sau sub formă oxidată, vitamina C participă la reacţii pe care le suferă compuşi importanţi din punct de vedere biochimic: AA, hormoni, vitamine, coenzime, ioni metalici; Exemplu: MetHb → Hb Acid folic → Acid tetrahidrofilic; • rol important în formarea hormonului adrenalină (din Tir = tirozină); • implicarea în sinteza acizilor biliari; • implicare în absorbţia fierului; • funcţionând ca antioxidant hidrosolubil, inhibă formarea nitrozaminelor în cursul digestiei; c. Vitamine liposolubile Sunt substanţe hidrofobe, apolare. În organismul uman provin din alimente ingerate şi se comportă la fel ca grăsimile. După absorbţia din intestin vitaminele liposolubile sunt transportate la ficat şi apoi depozitate: - vitamina A, D şi K – în ficat, - vitamina E – în ţesutul adipos şi ficat; • Vitamina A – retinol • are mai multe provitamine (= substanţe care în organism se transformă în vitamină) Provitamine = carotenii (α, β, γ) – pigmenţi galbeni → roz din anumite vegetale şi fac parte din hrana obişnuită a omului; • β-carotenul are activitate antioxidantă faţă de radicalii liberi peroxidici; • deoarece activitatea antioxidantă interferă cu cea a vitaminei E, potenţându-se reciproc s-a observat că aceştia au împreună acţiune anticanceroasă; • activitatea biologică a vitaminei A este îndeplinită şi de alte 2 substanţe înrudite chimic: - retinal, - acid retinoic; • retinalul este: - component al pigmentului vizual (rodopsina) din celulele bastonaşe ale retinei; • acidul retinoic participă la sinteza glicoproteinelor; • Vitamina D – 2 vitamere - D2 – ergocalciferol, - D3 – colecalciferol. • este vitamina antirahitică; • în organism prin transformare biochimică se formează calcitriol, cu rol important în metabolizarea Ca şi P; • din alimentele ingerate se absoarbe vitamina D şi sunt transportate prin sânge la ficat; • tot în ficat ajunge şi vitamina D3 care se formează în piele prin acţiunea radiaţiilor UV; • Vitamina E – tocoferol • vitamina fertilităţii (limba greacă: tokos = naştere, pherein = a purta); • are 4 vitamere α, β,γ, δ; • α - tocoferolul este forma cea mai activă biologic; • este inclusă în lipidele alimentelor; se absoarbe intestinal şi este transportat cu sângele la ficat şi alte organe; • se depozitează în ţesutul adipos; • în organismul uman are rol antioxidant, protejează hematiile de diferiţi toxici oxidanţi, previne oxidarea unor hormoni, precum şi a altor substanţe (ex. vitamina A);

..

9

BIOCHIMIE – Curs nr. 1 Prof. Lucreţia Udrescu

•

27.11.2009

• acţionează ca antioxidant a vitaminei E – este în strânsă legătură cu seleniul, cu care acţionează în acelaşi scop, în prevenirea acţiunii distructive a peroxizilor; Vitamina K – vitamina coagulării, antihemoragică • carenţa => predispoziţie la hemoragii datorită creşterii timpului de coagulare a sângelui; • vitamere: - K1 – izolată din vegetale (fitomenadiona), - K2 – din ţesutul animal (care o pot sintetiza) şi bacterii; • se absoarbe intestinal → prin sânge → în ficat; • vitaminele K de sinteză (nu se acumulează în ficat) → trece direct în fluxul sanguin, deoarece sunt hidrosolubile; • rolul biologic – implicarea în procesul de coagulare (în biosinteza protrombinei ce participă la formarea fibrine Surse de vitamine din natură

•

Vitamina B1 • coaja boabelor de cereale, • drojdie de bere, • arahide, • fructe şi legume (mazăre, fasole verde,grapefruit, piersici, nuci), etc;

•

Vitamina B2 • lapte, • ouă, • ficat, • plante, • drojdie de bere, • germeni de gâu • amigdale, • alune, • ciuperci, etc;

•

Vitamina B6 • drojdia de bere, • coaja bobului de orez, • seminţele cerealelor, • ficat, • carne de peşte, • gălbenuş de ou, • struguri, • morcovi;

•

Vitamina B12 • ficat de viţel, • carne, • ouă,

..

• lapte, • restul alimentelor + plantele au cantităţi extrem de mici de vit. B12 => vegetarienii → hipo sau avit B12 (= anemie pernicioasă); Vitamina PP • drojdia de bere, • coaja boabelor de cereale, • germeni de gâu, • cantităţi mici şi în sursele animale: - ficat de porc, - rinichi de porc; ● Acidul folic • ficatul animalelor, • frunzele plantelor superioare (ex. spanac), • drojdii, • sfeclă, • lămâi; ●

Acidul pantotenic • lăptişor de matcă, • drojdie de bere, • făină de fasole şi soia, • arahide, • migdale, • conopidă, • lapte de vacă;

●

Biotina • gălbenuş de ou,

10

BIOCHIMIE – Curs nr. 1 Prof. Lucreţia Udrescu • • • • • • • •

ficat de porc şi vacă, lapte de vacă, spanac, varză, morcovi, soia, piersici, usturoi;

Vitamina C • ardei roşu, • coacăze negre, • măceşe, • spanac, • ardei verde, • lobodă, • mărar, • pătrunjel, • hrean proaspăt, • portocale, • lămâi, • căpşuni,

●

27.11.2009 Vitamina D • ficat de ton, • gălbenuş de ou, • peştii marini, • legume verzi = O, • ulei de măsline = O; • provitamina D: - spanac, - ovăz, - stridii, - midii, - plante germinate;

Vitamina E • ulei germeni de grâu, • ulei de soia, • ulei germeni porumb, • migdale, • nuci, • arahide, • fasole, • soia, • morcovi, • unt, • ouă, • carne de vită; Vitamina A c ● Vitamina K • provitamina A (carotenoidele) → în regnul • spanac, vegetal: • urzici, - morcovi, • varză albă, - frunze spanac, • conopidă, - caise uscate, • fasole, - pepene galben, • mazăre verde, - piersici, • roşii, - prune uscate, • soia; - andive, - salată verde; • din surse animale: - ficat de peşte, - ulei de peşte marin, - gălbenuş de ou, - unt, - smântână, - brânză de oi > brânza de vacă, - lapte de vacă;

..

11