Cursul 1 BIOCHIMIE

Page 1 of 15

BIOCHIMIE

Ce este “ Biochimia “ ? ~ Ştiinţa care studiază compoziţia şi procesele chimice ale materiei vii. ~ Ramură a Biologiei care se ocupa cu studiul fenomenelor chimice ce se petrec în organismele vii . ~Ştiinţa care se ocupă cu organizarea, structurarea si transformarea combinaţiilor chimice în organismele vii . Ea este alcătuită din Biochimie statică / descriptivă ( descrie combinaţiile chimice din organismele vii ) şi Biochimie dinamică ( cercetarea metabolismului ) . Primele concepţii ştinţifice privind starea de boală, ereditate, regim de viaţă, influenţa mediului înconjurător asupra organismului se datoresc lui Hipocrat din Kos, Galenus din Pergam, Paracelsus ș.a. Realizarea primelor sinteze in vitro ( Fr. Wőhler, ureea, 1828 ; Zinin, anilina, 1842 ; H. Kolbe, acidul acetic, 1845 ș.a. ) au demonstrat posibilităţile nelimitate ale sintezei organice, îndreptând preocupările către elaborarea unor metode noi de determinare, calitative și cantitative a produselor rezultate în reacţiile biochimice, în această perioadă Biochimia devenind ca știnţă de sine stătătoare . În sec 20, principalele direcţii de cercetare au avut ca obiectiv acizi nucleici, proteinele, enzimele, alcaloizi, carotenoidele, antibioticele.

Page 2 of 15

Compoziţia chimică generală a organismului Compușii chimici care se găsesc în organismele vii sunt foarte complecși și diferiţii. Alături de moleculele de H₂O și CO₂ ce au masa moleculară mică, se găsesc și molecule gigante a căror masă moleculară se măsoară cu sutele de mii si milioane de daltoni ( exp. proteinele și acizi nucleici ) Moleculele compușilor ce alcătuiesc materia vie poartă denumirea de biomolecule . Aceste biomolecule condiţionează organizarea biochimică structurală și funcţională specifică tuturor organismelor vii. Ele pot fi :  Anorganice : apa și sărurile minerale  Organice : proteinele, lipidele, glucidele, enzimele și hormoni. Fiecare substanţă care intră în alcătuirea materiei vii are o anumită constituţie care este caracteristică în primul rând prin natura și proporţia diferitelor elemente chimice ce o compun și în al doilea rând, de modul de aranjare sau de legare al atomilor în moleculă . În compoziţia materiei vii intră următoarele elemente : a)

C, H, O, N, S, P, Cl, Ca, Mg, K, Na se găsesc în proporţie mare și formează 99 % sin masa organismelor. Ele se mai poartă și numele de elemente plastice . Ele reprezintă Macroelementele.

b)

Fe, I, F, B, Cu, Zn, Co, Mn, Si, Mo, Va, Ba, Li etc.se găsesc în cantitate mică sub 1 % din total. Ele sunt numite Microelemente și au un rol biocatalitic, intră în alcătuirea

Page 3 of 15

unor enzime, hormoni, astfel participă la reglarea unor procese biochimice din organism. Pe plan general doar 21 de elemente sunt totdeauna prezente în materia vie, de unde le vine și numele de bioelemente/ elemente esenţiale. Ele se împart în funcţie de concentraţie în organism : I.

Elemente abundente ( prezente în concentraţie de 60% atomi ): C, H, O și N

II.

Elemente mai puţin abundente ( prezente în concentraţie de 0,02 – 0,1 % atomi ) : Na, Mg, P, S, Cl, Ca, K

III.

Elemente rare ( prezente în concentraţie mai mica de 0,02% atomi) : Si, B, Fe, Cu, Mn, Zn, Va, I, Ni, Co

În toţi compușii materiei vii „ C ” joacă rol predominant datorită configuraţie sale electronice ce îi permite să realizeze combinţii atât cu elemente electronegative ( O, S, N, P, Cl ) cât și cu elemente electropozitive ( H ) , dar „ C ” se poate combina și cu el însuși rezultând edifici moleculare foarte complexe . Atomii de H și O alături de atomul de C formează primi constituienţii elementari ai materiei vii ( H₂O și CO₂ ). Atomul de N este, de asemenea, un elemente esenţial, pentru că alături de C, H și O intră în compoziţia substanţelor proteice ( compușii ce reprezintă structurile moleculare cele mai importante ale materiei vii ). Atomii de C, H, O și N au o

Page 4 of 15

proprietate comuna aceea de a lega legaturi covalente prin distribuirea de perechii de electroni. Elementele mai puţin abundente ( P, S, Ca, Mg ) iau parte ca elemente de construcţie în alcătuirea moleculelor ce intră în formarea organismelor vii, iar CL, Na și K sunt și ele indispensabile vieţii . Elemetele rare participă în concentraţi extrem de mici în procesele metabolice celulare fundamentale, în calitate de componenţi ai enzimelor sau activatori a acestora. Absenţa lor determină perturbări grave ale metabolismului celular. Cea mai mare parte din compușii atomilor sunt rău condutori de căldură și electricitate și au o căldură specifică ridicată , de aici rezultă că compuși celulari sunt instabili, instabilitate necesară desfășurării proceselor metabolice. Biomoleculele anorganice • Apa • Sărurile minerale Apa este cel mai important lichid pentru viaţă ! Este important nu doar pentru că e principalul constituent din punct de vedere cantitativ al organismului viu ci și pentru faptul că ia parte la organizarea structurală a sistemelor biologice și la activitatea metabolică a acestora .

Page 5 of 15

Are o serie de proprietăţii fiyico- chimice proprice vieţii :  Capacitate calorică mare → face să își păstreze timp îndelungat temperatura constantă, utilă proceselor metabolice.  Formează cu ușurinţă legături de hidrogen ( disociază ușor în (H₃O)⁺ și (HO)⁻ )  Participă în calitate de component de bază la formarea structurilor intracelulare și determină activitatea acestora.  Un excelent solvent pentru unii componenţii celulari. Iar sărurile minerale sunt prezente în organism atât sub formă de molecule cât și de ioni :  Cationi : Na⁺ , K⁺ , Ca²⁺ , Mg²⁺  Anioni : Cl⁻ , NH₃⁻ , fosfaţi și proteinele .

METABOLISMUL În organismul uman au loc numeroase reacţii chimice ce dau naștere la căldură, energie și la metabolismul necesar vieţii. Metabolismul = motorul biochimic al organismului.

Page 6 of 15

Activitatea organismului se desfășoară prin consum de energie, care este luată din mediul înconjurător sub formă de energie chimică. Energia chimică este conţinută în alimente, ajunsă în organism ea nu se pierde, ci se întoarce în mediu sub altă formă. Putem spune că între organism și mediu înconjurător are loc un permanent schimb de substanţe și energie, schimb ce se numește METABOLISM . El reprezintă o caracteristică fundamentală a vieţii, iar încetarea lui determină moartea . Procesul metabolic corespunde unor transformări materiale si energetice, ce se desfășoară intrica. Astfel avem un metabolism al substanţelor ( intermediar ) și un metabolism energetic.

METABOLISMUL INTERMEDIAR Reprezintă totalitatea transformărilor pe care le suferă substanţele din momentul în care ajung în organism și până când sunt eliminate. Transformarea pe care substanţele străine le suferă pentru a crea substanţe proprii organismului se numește asimilaţie ( anabolism ) . Substanţa nou creată se adaugă celei preexistente. Anabolismul este un proces de sinteză ce se realizează prin consum de energie.

Page 7 of 15

Cea de-a doua laturăeste reprezentată de pătrunderea O din mediul exterior în citoplasmă cu oxidarea substanţelor existente, în urma lui are loc eliberarea de energie . Acest proces poartă numele de dezasimilaţie ( catabolism ) . Între anabolism și catabolism există o strânsă legătură ce reprezintă schimburile de energie dintre organism și mediu. O parte din energia obţinută se întoarce sub forma activităţii musculare, o altă parte este folosită la menţinerea funcţilor vitale , iar restul este depus în substanţe macroergice.

ALIMENTE ↓ DIGESTIE ↓ GLUCIDE; PROTEINE; LIPIDE;

Page 8 of 15

↓

↘

REZIDURI ←← CATABOLISM ←← ANABOLISM ↓ ↓ ENERGIE ↓ ―――――――――――――――――――――――――――――――― ↓

↓

↓

↓

↓

Funcţie

Funcţie

Activitate

Funcţii

musculară

vitale

Macrode creștere

de reproducere

energie

ATP ( respiratie, Termoreglare ,) ATP = acid adenozintrifosforic. Este principalul compus care îndeplinește funcţia de generator de energie utilă în celulă, în reacţile de anabolism, dar totodată este și principalul compus care derivă din reacţiile de catabolism ale celulei.

METABOLISMUL BAZAL

Page 9 of 15

Reprezintă energia necesară unui organism ( om ) aflat în stare de veghe, în repaus fizic și psihic la cel puţin 14 ore de la ultima masă și 24 ore de la ultima masă de proteine, la o temperatură de 20 ̊– 21 ̊. Metabolismul bazal = 9 cal/ cm/ zi.

METABOLISMUL APEI Apa reprezintă o componentă importantă a materiei vii. Necesarul de apă este acelaș pentru toate vieţuitoarele chiar dacă diferă de la o specie la alta. În structura organismului uman apa reprezintă ≈ 60% din greutatea corporală la bărbaţi ( adult ) și 50% la femei ( adult ). La nou-născut apa totală corporală poate ajunge până la 75 % din greutatea corporală. Necesarul de apă e exprimat prin senzaţia de sete. Necesarul de apă = 1 cal = 1 ml = 2600 ml apă. Reparţia apei în organism Apa e împărţită în 2 sectoare mari si 1 sector mai mic dar special :  Intracelular = 55 % din totalul de apă din organism

Page 10 of 15

 Extracelular = 45 % din totalul de apă din organism ( plasmă, limfă și lichid interstiţial )  Lichid transcelular ( pleural, sinovial, peritoneal, intraocular, cefalorahidian și cel din tubul digestiv ) Apa mai este conţinută și in oase, mușchii Mai este și apa ce formează producerea de secreţie a unor glande

( salivare, gastrice, intestinale ).

Compoziţia lichidului intracelular : - 2 principalii cationi intracelulari : K și Mg - Iar anioni intracelulari sunt fosfatul și proteinele. Compoziţia lichidului extracelular : - 1 principal cation extracelular e : Na Pompa de Na-K are rolul de a menţine o concentraţie mică a Na intracelular și o concentraţie mare a K intracelular. Comcentraţia toatală a ionilor din compartimentul intracelular e 368 mmol / l, iar cea din compartimentul extracelular e 302 mmol / l.

Lichid intracelular Cationi

Lichid extracelular Plasmă/ ser Lichid interstiţial

Page 11 of 15

Sodiu Potasiu Calciu ( ionic ) Magneziu ( ionic ) Anioni Clor Bicarbonat Fosfaţi Proteine Total

10 160 1 13

140 4 1,2 1,0

145 4 1,2 1,0

3 10 106 65 368

102 27 1,0 16 292

117 27 1,0 0 302

Schimbul de apă Schimbul de apă și electroliţii între vasul de sânge și sectorul interstiţial se face de la concentraţie mare la concentraţie mică. Deplasarea apei și a electroliţilor din celule în interstiţiu se face prin consum de energie . ( aici vine desenul cu vasul de sange din timpul cursului ) Presiunea hidrostatică reprezintă presiunea sângelui dată de inimă și exercitată de lichid . Ea are o valoare de 35 mmHg și tinde să scoată apa din vasele de sânge. Presiunea coloid-osmotică reprezintă presiunea dată de prezenţa proteinelor în vasul de sânge, cu o valoare de 25 mmHg și ia tinde să reţină apa în vasul de sânge.

Reglarea metabolismului apei În mod normal trebuie să fie un echilibru între aportul și excreţia apei. Aportul de apă

Page 12 of 15

Reprezentat de : - apa exogenă (prin ingestie de apă = 1400 ml și prin alimentaţie = 800 ml ) -apa endogenă ( eliminată în organism prin arderile sau oxigenări celulare) = 400 ml . Rezultă un total de 2600 ml. 100 g lipide →oxidare→ 100 ml apă 100 g glucide →oxidare→ 55 ml apă 100 g proteine →oxidare→ 40 ml apă

Absorbţia apei are loc la nivelul intestinului.

Ecreţia de apă Apa se elimină din organism prin : Urină = 1600 ml Piele = 500 ml Aer expirat = 350 ml Fecale = 150 ml ―――――――――― Total de 2600 ml Raportul dintre cantitatea de apă ingerată plus apa endogenă și cantitatea de apă excretată se numește Bilanţ hidric. Atunci când acest bilanţ hidric este negatic apare deshidratarea.

Page 13 of 15

Necesarul de apă este asigurat prin senzaţia de sete , al cărui centru se află în creier la nivelul hipotalamusului. Acest metabolism al apei e reglat pe cale nervoasă și umorală. Atunci când necesarul de apă este în deficit se transmit anumiţi senzori la osmorecetori din hipotalamus care va cotrola senzaţia de sete sprin stimularea unui hormon antidiuretic ( ADH ). Acest hormon este depozitat într-o glanda și anume glanda hipofiză anterioară. Alţi factori care stimulează senzaţia de sete sunt scăderea volumului compartimentului extracelular și angiotensina II. Acest ADH mai poate fi stimulat și în alte condiţi cum ar fi : stresul , trauma , greaţa , graviditatea , hipoglicemia, abuzul de alcool, nicotină și morfină. Secreţia ADH-ului determină creșterea reabsorbţiei renale a apei și contribuie la restabilirea osmolarităţii normale. Pe lânga glanda hipofiză mai sunt niște glande care au rol în reglarea metabolismului apei și anume gladele corticosuprarenale prin stimularea hormonilor mineralocorticoizi ( ce au rol în reţinerea Na și a apei în organism la nivel renal). Tulburări ale metabolismului apei. Excesul sau deficitul de apă în organism afectează atât compartimentul intrecelular cât și pe cel extracelular și poate fi detectat prin schimbări ale concetraţiei Na. Exemplu : O pierdere de 6 l de apă , 2 l se vor pierde din compartimentul extracelular, iar concentraţia plasmatică a Na va crește cu 20 mmol/ l . De asemenea un exces de 6 l de apă va duce la o scădere cu 20 mmol/l a concentraţie de Na .

Page 14 of 15

Deficitul de apă Aportul scăzut de apă este frecvent întâlnit in practica medicală la vârstnici sau pacienţi inconștienţi. Simptomele deficitului de apă sunt nespecifice : confuzie, sete și gură uscată. La analizele de laborator vom întâlni creșterea concentraţiei de sodiu plasmatic, oligurie și osmolaritate crescută a urinei. Deficitul de apă îl tratam prin administrare de apă orală sau administrare i.v. de glucoză 5 % . Excesul de apă Cea mai frecventă cauză în practica medicală este secreţia de ADH din traume, infecţii ale sistemelor respirator si nervos și datorită insuficienţei glandei corticosuprarenale. Excesul de apă deci apare cand apare o afectare a excreţie. Apa se acumulează atât în compartimentul extracelular cât și în cel intracelular. Simptomele care apar sunt cauzate de edemul cerebral : tulburări de comportament , dureri de cap, confuzie, convulsii și comă . Tratamentul se efectuează în formele ușoare prin restricţia ingerări de apă și în cele severe prin administrare i.v. de soluţii saline hipertone pt a crește concentraţia de Na. Mai sunt și alte tipuri de edeme ca de exemplu Edemul cardiac : se datorează creșteri presiuni hidrostatice în capilarul venos determinând retenţia apei în interstiţiu.

Page 15 of 15

Edemul hepatic : se datorează scăderi proteinelor plasmatice ( în foamete, sindrom de subnutriţie, hepatită cronică ) și se reţine apa în organ și anume în interstiţiu.