Suport Curs Semestrul I

FACULTATEA DE MEDICINA DENTARA

CHIMIA SI BIOCHIMIA CAVITATII ORALE

CUPRINS

1. Introducere ȋn biochimie: definiţii generale şi noţiuni fundamentale

2. Structura şi caracteristicile biochimice generale ale celulei (principalii compuşi organici şi anorganici)

3. Proteine (aminoacizi, peptide, proteine – structură chimică)

4. Heteroproteine : cromoproteine, nucleoproteine 5. Acizi nucleici – structura chimica6. Membrane biologice:

o proteine membranare;o lipide membranare: structură şi proprietăţi (fosfolipide,

glicolipide, colesterol), integrarea in membrana celulara;o glucide membranare: glucide, structură, proprietăţi;

glicoproteine.

7. Enzime (I): - clasificare, structură, mod de acţiune, specificitate,cinetica enzimatica

8. Enzime (II): Coenzime (vitamine hidrosolubile cu rol coenzimatic: B1, B2, B3, B5, B6, B8, B9, B12, Biotina, C)

9. Rolul nutrienţilor naturali (vitamine liposolubile – A,D,E,K)

10. Bioenergetică şi metabolism oxidativ - oxidarea biologica, lanţul respirator şi fosforilarea oxidativă

1. Introducere ȋn biochimie: definiţii generale şi noţiuni fundamentale

2. Structura şi caracteristicile biochimice generale ale celulei (principalii compuşi organici şi

anorganici)

INTRODUCERE

Biochimia este stiinta care se ocupa cu studiul diferitelor molecule din celula vie si a reactiilor chimice ale acestora.

Biochimia este stiinta care se ocupa de studiul bazelor chimice ale vietii.

Celula este unitatea structurala a organismelor si sistemelor vii.

Biochimia este stiinta care se ocupa cu studiul constituientilor chimici ai celulelor vii si cu reactiile si procesele in care acestea sunt implicate.

Biochimia se afla la confluenta a 3 mari domenii : Biologia moleculara si celulara, Imunologie si Genetica, Fiziologie si Fiziopatologie.

Intrucat viata e strict dependenta de reactii chimice, biochimia a devenit limbajul comun al tuturor stiintelor biologice.

Obiectivul major : intelegerea deplina la nivel molecular a tuturor formelor de viata, de la organisme relativ simple (virusi, bacterii) , pana la organismul uman.

Starea de sanatate – e strict dependenta de un echilibru armonios intre reactiile biochimice din organism.

Boala – reflecta defecte (anomalii) ale biomoleculelor, reactii sau procese biochimice.

Preocuparea principala a oamenilor de stiinta aflati in slujba sanatatii populatiei o reprezinta 2 obiective majore : 1. intelegerea si mentinerea starii de sanatate2. intelegerea si tratamentul efectiv al starii de

boala

Interrelatia Biochimie-Medicina se poate descrie ca o cale in ambele sensuri.

Progresele in biochimie au putut releva si ilumina arii intregi din medicina si invers, adeseori studierea bolilor a condus la relevarea unor noi aspecte biochimice care anterior nu fusesera prospectate.

Utilizarea rationala a variatelor teste de laborator este o componenta integrala in diagnosticul si tratamentul bolilor.

• Dezechilibrele pot fi produse din interior sau exterior.

• Una din conditiile principale in mentinerea starii de sanatate este o dieta echilibrata in anumite principii nutritive :

• Vitamine• Aminoacizi• Acizi grasi, carbohidrati• Minerale• Apa

Cauzele majore ale bolilor pot fi :

• Agenti fizici : trauma, mecanici, temperaturi extreme, modificarea spontana in presiunea atmosferica, radiatii, soc electric.

• Agenti chimici si farmacologici : compusi toxici, agenti farmacologici terapeutici.

• Agenti biologici virali, bacterieni, ricketsii, fungi, paraziti

• Lipsa oxigenului• Genetice : boli moleculare, genetice.• Reactii imunologice• Dezechilibre nutritionale : exces sau deficite

nutritionale.• Dezechilibre endocrine : defecte sau excese

hormonale.

PRINCIPALELE BIOMOLECULE

Elementele biochimice care compun biomoleculele sunt doar cateva : C, O, H,N,P,S, apa (70-80% din greutatea celulara)

Grupele functionale : OH, SH, NH 2, CHO, C=O, COOH

Biomoleculele se gasesc sub forma de MONOMERI care condenseaza, rezultand BIOPOLIMERI ( 4 clase principale).

1.PROTEINE :

• polimeri ai aminoacizilor (majoritatea contin combinatii ale 20 aminoacizi naturali)

• sunt reprezentate de componente structurale ale celulei, proteine plasmatice circulante, enzime, anticorpi, rodopsina, actina, miozina)

• aminoacizii sunt legati prin legaturi peptidice

• forma si functia proteinei este conditionata de secventa aminoacizilor

2. CARBOHIDRATI

• glucidele sunt polimeri ai monozaharidelor

• reprezentantul principal este glucoza

• sunt polialcooli cu o grupare aldehidica sau cetonica.

• Monozaharidele contin cel mai frecvent 5 sau 6 atomi de C

• Monozaharidele se leaga prin legaturi glicozidice

• Sunt molecule hidrofobe.

3. LIPIDE

• nu sunt polimeri ai acizilor grasi

• cele mai multe sunt hidrofobe ( insolubile in apa )

• formate esential din alcool si acizi grasi

• exista mai multe categorii : fosfolipide, trigliceride, steroli

• pot fi si amfipatice, de obicei la nivelul membranelor, unde coexista grupari hidrofile si hidrofobe.

4. ACIZI NUCLEICI

sunt polinucleotide, conectate prin legaturi fosfodiesterice

• monomerii sunt reprezentati de nucleotide: baza azotata-pentoza- P.

1. Caracteristicile structurale ale celulei

2. Generalitati procese metabolice

3. Biomolecule

PROCESELE METABOLICE – generalitati

Chiar si cele mai simple organisme vii sunt capabile sa sintetizeze mii de molecule complexe, unice in felul lor. Celulele si organismele vii utilizeaza energia inconjuratoare pentru a sintetiza principalele pietre de constructie pentru biomolecule (acizi grasi, monozaharide, aminoacizi).

CALE METABOLICA : este o succesiune de reactii responsabila de:

-sinteza unui compus complex dintr-unul sau mai multi compusi simpli

- degradarea unui compus pana la obtinerea de compusi finali.

Pentru a obtine molecule complexe se cheltuie o cantitate foarte mare de energie, aceasta fiind obtinuta din degradarea unor alte molecule complexe, cu recuperarea unei parti din energia stocata.

Catabolism = reactii de degradare prin care molecule mari ( in care este stocata energia) sunt transformate in molecule mici.• sunt reactii oxidative cu pierdere de electroni• se caracterizeaza prin eliberarea de energie in

cursul reactiei• exemple: glicoliza, ciclul Krebs, beta-oxidarea

acizilor grasi (degradarea acizilor grasi)Anabolism = reactii de sinteza a macromoleculelor din molecule (unitati) mai mici.

• se caracterizeaza frecvent prin reactii de reducere (aditie de electroni)

• necesita consum de energie ( din ATP, NADH, NADPH, FADH2)

• exemple : gluconeogeneza, sinteza acizilor grasi, sinteza de ADN sau ARN.Cai amfibolice : sunt succesiuni de reactii in care se

intalnesc deopotriva cai anabolice si catabolice . Exemplu : ciclul Krebs.

CELULA – caracteristici biochimice corelate cu caracteristici structurale

CELULA = unitatea fundamentala a activitatii biologice la nivelul unui organism.

Celula eucariota prezinta mai multe fractii subcelulare (organite) : 1.nucleu : are membrana dubla cu pori, contine majoritatea ADN-ului organizat in cromosomi si un nucleol.2.Mitocondrii – au membrane dubla (externa si interna; cea interna este impachetata sub forma de creste )3.Reticulul endoplasmatic: o retea de cisterne (tuburi) cu ribozomi pe suprafata4.Ribozomi : liberi sau atasati RE, contin ARN si proteine specifice5.Aparat Golgi 6.Lizozomi7.Peroxizomi 8.Elemente ale citoscheletului9.Membrana plasmatica

Toate acestea se pot studia separat urmand un protocol pentru izolarea lor :

• extractie• omogenizare• centrifugare diferentiata (fractionare

subcelulara)

Fiecare dintre compartimentele celulare poseda de regula un marker enzimatic.

Organite celulare Functia majora (calea metabolica) Marker enzimatic

Nucleu Sinteza de AND si ARN (transcriere) AND sintetaza

Mitocondrie Ciclul Krebs, beta oxidarea acizilor

grasi

Glutamat-DH

Ribozomi Sinteza proteinelor ( translatia ARN) ARN

Reticul

endoplasmatic

Sinteza lipidelor G-6-P-aza

Lizozomi Reactii de degradare Hidrolaze

Aparat Golgi Reactii de glicozilare Gal-transferaza

Peroxizomi Degradarea AG,aminoacizilor,

producerea si degradarea H2O2.

Catalaza

Citoplasma Glicoliza, sinteza AG LDH

Membrana

plasmatica

Transportul moleculelor prin membrane

Adeziunea intercelulara

Na, K, ATP-aza

5’-nucleotidaza

PROTEINELE

Definitie : sunt macromolecule formate prin legarea aminoacizilor intre ei prin legaturi peptidice. Unitatile functionale sunt aminoacizii.Caracteristici :

1. indispensabile vietii2.grad crescut de specificitate de specie si de organ3.grad crescut de complexitate si varietate moleculara.

Functii : 4.structural (in tesuturi, si iau parte si la refacerea lor, in procesul

de cicatrizare)5.intra in structura enzimelor si a hormonilor6.formeaza anticorpi (imunoglobuline), cu rol in apararea

imunologica7.mentin echilibrul hidro-electrolitic (repartizeaza apa in diferite

sectoare)8.asigura presiunea coloid-osmotica (albumina)9.transportul gazelor (hemoglobina)10.tampon (mentin pH- ul constant)11.transportul unor substante liposolubile ( vitamine, hormoni

liposolubili)12.coagularea sangelui

Prin hidroliza proteinelor rezulta cca 20 de aminoacizi naturali.

Proprietatile generale ale proteinelor:

1.Solubilitatea : proteinele globulare sunt solubile in apa, iar cele fibrilare sunt insolubile.Solubilitatea este puternic influentata de pH-ul mediului, prin modificarea incarcaturii electrice a proteinelor.

2. Proprietatile electro-chimice : - proteinele sunt poliamfoliti -la pH fiziologic toate grupele –COOH si -NH2 sunt complet ionizate

-migreaza in camp electric (proprietate ce sta la baza separarii lor din amestecuri – electroforeza )

3. Denaturarea : este modificarea proprietatilor biologice si fizico-chimice sub actiunea diferitilor agenti denaturanti (temperaturi crescute, extreme ale pH-ului, solventi organici, agenti tensioactivi) care actioneaza prin ruperea legaturilor necovalente din structura secundara, tertiara, cuaternara.

Prin denaturare se modifica solubilitatea, proteinele pierd capacitatea de a cristaliza, scade rezistenta la hidroliza, creste capacitatea de a da reactii de culoare.

Denaturarea poate fi reversibila sau ireversibila.4. Activitatea optica – este data de prezenta C asimetric din structura aminoacizilor5. Greutate moleculara mare6. Hidroliza proteinelor ( in prezenta de acizi sau baze la cald, sau a enzimelor

proteolitice ) duce la formarea a 20 de tipuri de aminoacizi.

Clasificarea proteinelor :

1.dupa compozitia chimica : 1.proteine simple (formate numai din aminoacizi ) = holoproteine2.proteine complexe : formate dintr-o parte proteica si o parte

neproteica (grup prostetic) - heteroproteinePartea neproteica poate fi : - hem (hemoproteine)

- acizi nucleici (nucleoproteine) - glucide (glicoproteine) - lipide (lipoproteine) - fosfor (fosfoproteine) - metale (metaloproteine)

2. dupa forma moleculei :- proteine globulare (albumine, globuline, histone)-proteine fibrilare (colagen, fibrinogen, keratine, actina,

miozina)- au molecula alungita

1. Aminoacizi2. Peptide3. Proteine

AMINOACIZI

Definitie : sunt molecule ce contin in structura o grupare NH2 si COOH la acelasi atom de carbon.

Exista 20 de aminoacizi naturali.

Tipul de aminoacizi, secventa lor si orientarea spatiala dicteaza aranjamentul tridimensional, deci conditioneaza si proprietatile biologice ale proteinelor.

Clasificare :

1. Dupa structura : - aminoacizi alifatici: Gly, Ala, Val, Leu, Ile (ultimii trei ramificati)

- aminoacizi aromatici

- aminoacizi cu OH

- aminoacizi cu S

- aminoacizi dicarboxilici (Asp, Glu) - aminoacizi diamino (Lys, Arg, His)

- iminoacizi –Pro (prolina)

2. dupa modul de procurare :

- aminoacizi esentiali (nu pot fi sintetizati in organism, se aduc prin alimentatie): valina, leucina, izoleucina, fenilalanina, triptofan, lizina, metionina, treonina.

- aminoacizi neesentiali (pot fi sintetizati in organism)

2. dupa capacitatea de sinteza a glucozei :

- glucoformatori (toti cu exceptia leucinei si a lizinei)

- non- glucoformatori

Proprietatile aminoacizilor :

• fizice• activitate optica• aminoacizii aromatici absorb specific in UV• sunt structuri amfionice

• chimice: • datorate gruparii COOH : formarea sarurilor, formarea esterilor,

decarboxilare cu formare de amine biogene, reactia cu amoniacul, cu formare de amide

• datorate gruparii amino : reactia cu aldehidele, metilarea la N, acilarea.

• reactii date de prezenta ambelor grupari : formarea legaturilor peptidice, reactii cu saruri ale metalelor divalente → compusi colorati.

PEPTIDE

Definitie : molecule formate prin legarea aminoacizilor prin legaturi peptidice .

Clasificare in functie de numarul de aminoacizi :

- dipeptide ( 2 aminoacizi)- tripeptide (3 aminoacizi)- oligopeptide- polipeptide

GSH (glutation)

Structura : tripeptid : Glu-Cys-Gly

Roluri :

• antioxidant (protejeaza membranle celulare impotriva agentilor oxidanti prin capacitatea de a ceda H si de a forma glutation oxidat).

• protejeaza enzimele tiolice (cu grup SH)

• metabolismul xenobioticelor prin conjugare in prezenta enzimei glutation-transferazei.

TRIPEPTIDE

Glutation - GSH : γ glutamil cisteinil glicina

HOOC- CH- CH2- CH2- CO- NH -CH- CO- NH- CH2- COOH

NH2 CH2

SH

Structura glutationului • Glu-Cys-Gly

STRUCTURA PROTEINELOR

Proteinele au o structura polipeptidica .

O proteina poate contine mai multe lanturi peptidice dispuse rasucit, in zig-zag, in mai multe planuri, consolidate prin legaturi intra si intercatenare.

Organizarea spatiala a lantului peptidic are loc prin interactiuni necovalente:

- legaturi de H- legaturi ionice- interactiuni hidrofobe.

STRUCTURA PRIMARA : • reprezinta numarul si ordinea (secventa) aminoacizilor din

molecula• reda totalitatea legaturilor covalente din molecula • prin studii de secventializare s-a demonstrate ca o proteina are o

structura primara unica, secventa aminoacizilor fiind dictata genetic

• inlocuirea unui aminoacid dintr-o pozitie cu altul din alta pozitie duce la alterari importante in functia proteinei.

STRUCTURA SECUNDARA :

• este configurarea spatiala, rezultata din interactiunea gruparilor CO si NH

• sunt structuri ordonate, periodice• imprima proprietatile fizico-chimice ale proteinelor

α-helix -consolidate prin legaturi de H intre gruparile CO si NH, deci intracatenare- se obtine o structura helicoidala repetitiva (o grupare NH

formeaza punte de H cu gruparea CO de la al-4-lea aminoacid din secventa liniara)

- radicalii R se afla la exteriorul elicei- se intalneste atat la proteinele fibrilare, cat si globulare.

β foaie pliata - consolidate prin legaturi de H intercatenare- lanturile polipeptidice se aseaza in foi- radicalii R se orienteaza alternativ, de o parte si de alta- se intalneste frecvent la proteinele globulare

STRUCTURA TERTIARA :

- inglobeaza structura secundara si e consolidata de legaturi necovalente (de H, hidrofobe, ionice) si disulfidice, intre radicalii R ai aminoacizilor

- defineste structura tridimensionala a proteinelor si e caracteristica proteinelor globulare.

STRUCTURA CUATERNARA:

- apare ca un nivel superior de organizare la proteinele formate din 2 sau mai multe lanturi polipeptidice (monomeri) identice sau diferite, stabilizata prin aceleasi legaturi ca la structura tertiara (ex. hemoglobina).

1. Cromoproteine2. Structura si functiile

hemoglobinei3. Citocromi

CROMOPROTEINE

Definitie : Cromoproteinele sunt proteine complexe formate dintr-o parte proteica si o parte neproteica care absoarbe in spectrul vizibil.

Clasificare : • cromoproteine porfirinice :

- au grup prostetic porfirina- se mai numesc hemoproteine- pot transporta gaze sanguine (hemoglobina si mioglobina) sau

electroni (citocromi)

• cromoproteine neporfirinice: se mai numesc flavinice (grupul prostetic e derivat din riboflavina. Transporta H+.

HEMOGLOBINA – Hb

Structura :

1.- este o proteina tetramer, formata din 4 subunitati (monomeri).2.- are 2 parti :

- hem (partea neproteica) - globina (partea proteica)-formata din 4 lanturi

peptidice de tip α,β,γ sau δ, asezate 2 cate 2 identice.3. O molecula de hemoglobina are 4 nuclei hem si 4 lanturi de

globina (2 cate 2 identice)

HEMUL

- are un ion de Fe2+ legat de protoporfirina (legaturi duble conjugate).

- Protoporfirina este formata din 4 inele pirol, legate prin punti metinice (-CH=). Fiecare inel are cate 2 substituienti : -CH3, -CH=CH2, -CH2-CH2-

COOH

- Fierul este bivalent si are 6 legaturi : 4 cu N din nucleul de pirol (2 covalente, 2 coordinative), 1 cu O2 si 1 cu globina.

- Legatura intre Hem si globina se face prin Fe, si resturile propionil

- 1 mol de hemoglobina leaga 4 molecule O2 ( cu afinitate diferita).

- Hemoglobina are 2 forme : T(tensionata) = deoxihemoglobina si R (relaxata) = oxihemoglobina.

- Oxigenul este transportat la tesuturi de catre hemoglobina, prin legarea foarte puternica la Fe din hem, formand oxihemoglobina (OxiHb).

- CO2 din tesuturi e transportat de hemoglobina la plamani, legat la

gruparile NH2 libere din globina.

GLOBINA

•are 4 lanturi polipeptidice α,β,γ sau δ, asezate 2 cate 2 identice.•Lanturile polipeptidice se orienteaza in spatiu, formand o cavitate in

care se gaseste hemul

FUNCTIILE HEMOGLOBINEI :

•functie tampon (mentinerea constanta a pH-ului sanguin)•functie de transport a gazelor respiratorii (O2 si CO2)

HEMOGLOBINE FIZIOLOGICE : Hb A1(2α, 2β)- 97%

Hb A2 (2α, 2δ)- 2%

Hb F (2α, 2γ)- 0,1%

HEMOGLOBINE PATOLOGICE

1. Modificare la nivelul hemului : Methemoglobina – apare prin oxidarea fierului ( Fe2+ → Fe3+)

MetHb-emia este o situatie patologica, in care concentratia de methemoglobina este > 0,5-1%

Cauze : exces de substante oxidante sau deficit de methemoglobin-reductaza

2. Modificari ale globinei : • Calitative : deletie sau inlocuirea unui aminoacid cu altul ( ex : hemoglobina S, Hb H)• Cantitative : thalasemii

COMBINATII ALE HEMOGLOBINEI :

FIZIOLOGICE : oxihemoglobina (Hb+ O2)

carbhemoglobina (Hb + CO2)

PATOLOGICE : Hb + CO → carboxihemoglobina

CITOCROMII

Definitie : citocromii sunt hemoproteine - complexe (partea neproteica este hemul) cu rol in transportul electronilor in lantul respirator din mitocondrii.

Clasificare : a1, a3, b1, b5, P450, c1, c

Valenta fierului variaza fiziologic (din bivalent in trivalent si invers)

Ordinea citocromilor in lant este: cit b → c1→ c → a→ a3

Ultimul citocrom din lant, cit a3 (are si cupru), poate ceda electronul

direct la O2 (citocrom oxidaza)

1. Nucleoproteine2. Baze azotate3. Acizi nucleici

NUCLEOPROTEINE

Definitie : sunt heteroproteine care au 2 parti : o parte proteica formata din proteine cu caracter bazic numite histone si o parte neproteica formata din acizi nucleici (ADN si ARN).

Sunt componente ale nucleului celular dar se gasesc si in citoplasma, legate de ribozomi.

Prin hidroliza se elibereaza acizi nucleici si proteine bazice.Acizii nucleici = POLI Nucleotide

Un nucleotid se formeaza din: nucleozid + fosfat.

Un nucleozid se formeaza din: baza azotata + pentoza (riboza in ARN sau dezoxiriboza in ADN).

Bazele azotate sunt heterocicli aromatici ce contin azot, si pot fi purinice sau pirimidinice.

Nucleoproteine

acizi nucleici

mononucleotide

nucleozide

baze azotatepurinice

pirimidinice

proteineenzime proteolitice

fosfodiesteraze

nucleotidazePi

Pi

pentoza-Pfosforilaze

Bazele purinice sunt adenina si guanina:

Bazele pirimidinice sunt citozina, timina si uracilul :

Baza azotata Nucleozid Nucleotid

Adenina Adenozina AMP, ADP, ATP

Guanine Guanozina GMP, GDP, GTP

Citozina Citidina CMP, CDP, CTP

Timina Timidina TMP, TDP, TTP

Uracil Uridina UMP, UDP, UTP

Nomenclatura : numele fiecarui nucleotid este derivat de la baza azotata care intra in constitutie.

Exemplu : ATP (adenozin-trifosfat):

Importanta nucleotidelor :

• Intra in constitutia acizilor ribonucleici si dezoxiribonucleici

• Au rol in procesele de biosinteza a glucidelor (UTP), lipidelor (CTP)

• Sunt substante macroergice, indeplinind rolul de donori universali de energie.

Acidul dezoxiribonucleic (ADN)•Moleculele de ADN sunt formate din 2 lanturi de polinucleotide

antiparalele (3’5’) complementare.•Bazele azotate situate fata in fata pe cele doua catene sunt legate prin

legaturi de hidrogen si sunt orientate spre interiorul moleculei, in timp ce pentozele si acidul fosforic sunt orientate spre exterior (formeaza scheletul).

•Molecula de ADN poate fi denaturata de caldura

.

Structura secundara a ADN este reprezentata de un alfa helix, cu un pas de 3,4 nm (aprox. 10 perechi de baze pentru fiecare tur al elicei).

•Bazele azotate complementare: A = T si G = C

Acidul ribonucleic (ARN)

rARN = acid ribonucleic ribosomal (participa la structura ribozomilor) tARN= acid ribonucleic de transfer, transporta aminoacizii activati pentru

transductie; prezinta anticodoni care vor recunoaste codonii de pe mRNA mARN = acid ribonucleic mesager, transporta informatia genetica de la

nivelul nucleului (unde se formeaza acizii nucleici, in citoplasma, unde are loc formarea proteinelor pe care ei o induc)

Structura secundara a ARN:

ARN difera de ADN prin cateva caracteristici: 1.Este mai scurt (70 - 10 000 nucleotide) 2.Contine riboza in locul dezoxiribozei3.Uracilul (baza azotata specifica ARN) inlocuieste timina (specifica

AND-ului)

1. Notiuni descriptive ale biomoleculelor

2. Glucide3. Lipide 4. Proteine

MEMBRANELE CELULARE

• Frontiera intre interiorul si exteriorul celulei.• Controleaza schimburile celulare.• Delimiteaza si organitele celulare

COMPOZITIE CHIMICA Lipide:

- Fosfolipide - Colesterol Proteine Glucide

• Doua straturi fosfolipidice• Proteine transversale sau periferice• Polizaharide• Colesterol – moduleaza fluiditatea membranara

PROTEINELE sunt ancorate in membrane prin portiuni hidrofobe.Sunt de doua tipuri: periferice si transversale

Rolul proteinelor membranare: •Transport•Enzime•Receptori•Aderenta celulara •Imunologic

Glucidele Glucidele pot fi impartite in mai multe categorii:

•Monozaharide•Dizaharide•Oligozaharide •Polizaharide

Monozaharidele –sunt molecule formate din C, H si O. Sunt polialcooli cu o grupare aldehidica (aldoze) sau o grupare cetonica (cetoze).

Cele mai multe dintre ele au formula generala CnH2nOn.

Clasificare: Trioze, Tetroze, Pentoze, Hexoze

Pentoze : riboza si dezoxiriboza .

Hexozele : glucoza (G), galactoza (Gal), manoza , fructoza (F).

Dizaharidele

• Dizaharidele sunt glucide formate din doua monozaharide legate prin legatura glicozidica (1-4, 1-6, sau 1-2 glicozidica).

• Zaharoza se formeaza dintr-o molecula de glucoza si una de fructoza (prin eliminarea unei molecule de apa). Acest tip de reactie se numeste reactie de condensare (sau sinteza prin deshidratare).

• Reactia inversa este numita hidroliza.

• Dizaharidele cele mai intalnite sunt : • Lactoza = glucoza-galactoza• Maltoza = glucoza-glucoza• Zaharoza = glucoza-fructoza

Polizaharide

Cele mai multe polizaharide sunt polimeri de glucoza.Cele mai cunoscute polizaharide sunt :

•Amidonul (vegetal)•Glicogenul (animal)•Celuloza (vegetal)

Amidonul Este forma de depozit (de rezerva) a glucozei in regnul vegetal.

Glicogenul Este un polimer de glucoza, polizaharid ramificat, asemanator

amilopectinei, prezent in muschiul si ficatul regnului animal. Reprezinta forma de depozit in organism a excesului de glucide.

Celuloza Celuloza este un polimer de glucoza. Este formata din lanturi lungi lineare

de molecule de glucoza legate una de cealalta, prin legaturi diferite de cele din amidon si glicogen (tip beta 1-4 in celuloza fata de tip 1-6 in amidon).

Lipide

Lipidele se clasifica in trei categorii: •Trigliceride (grasimi neutre sau triacilgliceroli)•Fosfolipide•Steroizi

Trigliceridele pot fi saturate, mononesaturate sau polinesaturate. Acesti termen arata gradul de saturare in hidrogen a acizilor grasi.

- Acizii grasi saturati: Intr-un acid gras saturat, toate legaturile intre carboni sunt legaturi

simple (nu exista legaturi duble)..- Acizii grasi mononesaturati:

Un acid gras mononesaturat contine o singura dubla legatura carbon-carbon. - Acizii grasi polinesaturati :

Un acid gras polinesaturat contine mai multe legaturi duble.

Rolul trigliceridelor

Trigliceridele reprezinta o rezerva de energie. Tot surplusul alimentar in glucide, lipide sau in proteine se poate transforma in trigliceride.Digestia trigliceridelor: are loc in intestin, iar molecula de triglicerid este transformata in monoglicerid si doi acizi grasi, sub actiunea lipazei pancreatice

FOSFOLIPIDELE (FOSFOGLICEROLIPIDELE)

Fosfolipidele sunt formate din glicerol, doi acizi grasi, un grup fosfat si un rest care poate fi etanolamina, colina, serina, inozitol.

STEROLII

Sterolii sunt molecule care au la baza nucleul sterol.

Cei mai intalniti steroizi sunt :• colesterolul• testosteronul• cortizonul• estradiol.

Testosteronul si estrogenii sunt hormoni sexuali, responsabili de aparitia caracterelor sexuale secundare.Colesterolul intra in compozitia tuturor membranelor si este precursor pentru vitamina D, hormoni steroizi si saruri biliare. Colesterolul este implicat de asemeni in patologia aterosclerozei, resposabila de aparitia bolii ischemice cardiace.

ENZIME1. Definitie2. Structura3. Clasificare

ENZIME

Enzimele (biocatalizatori), sunt catalizatorii reactiilor din organismele vii.

Clasificarea enzimelor:

Nr. Clasa si subclasa Reactii catalizate1. Oxidoreductaze :

- Dehidrogenaze

- Oxidaze

- Reductaze

- Peroxidaze, Catalaze

- Hidroxilaze

oxidoreducere

2. Transferaze :

- Transaldolaze si transcetolaze

- Acil-, metal-,glicozil- si amino-transferaze

- Fosfotransferaze - Kinaze

Transefrul unei grupari de la un

donor la un acceptor

3. Hidrolaze :

- Esteraze

- Glicozidaze

- Peptidaze

- Fosfataze

- Tiolaze

- Ribonucleaze

Hidroliza

4. Liaze :

- Decarboxilaze

- Aldolaze

- Hidrataze

Scindarea nehidrolitica a unei

legaturi covalente, eliminare de CO2,

NH3, apa

5. Izomeraze :

- Racemaze

- Epimeraze

- Izomeraze

- Mutaze

Izomerizare

6. Ligaze :

- Sintetaze

- Carboxilaze

Formarea unei noi legaturi covalente

(de regula, cu consum de ATP)

Denumirea enzimelor: numele substratului + numele reactiei catalizate + sufixul “aza”

Structura si clasificarea enzimelor: enzimele sunt proteine specializate, clasificate in : • Enzime simple • Enzime complexe, formate dintr-o parte proteica numita apoenzima si

o parte neproteica, numita coenzima (forme biologic active ale vitaminelor hidrosolubile, metale, etc.)

Activitatea catalitica : Molecula asupra careia actioneaza enzima se numeste substrat, iar cea care

rezulta din reactie, produs .Substratul se leaga doar la o portiune din enzima, centrul activ sau centrul

catalitic. ▪situsul activ : un grup de aminoacizi, de pe suprafata apoenzimei care determină activitatea acesteia (aminoacizii pot fi la distanţă in cadrul structurii primare dar apropiati în structura tertiara).

▪situsul allosteric: există la unele enzime dar difera de situsul activ -este un situs de legare a unor molecule mici, care determina o modificare a afinitatii de legătură a substratului.

Cinetica enzimatica: se ocupa cu studiul vitezei enzimatice si a factorilor care o influenteaza.

E + S ES P+E

Factorii care inflenteaza activitatea enzimelor sunt : • Temperatura: viteza de reactie creste cu cresterea temperaturii si este maxima la o

temperatura de 37 C, dupa care, odata cu depasirea unor limite de temperatura, prin denaturare, viteza scade pana la oprirea completa.

• pH-ul : viteza de reactie este maxima la un pH optim, care reflecta pH-ul locului unde actioneaza enzima in vivo.

• Concentratia enzimei: pentru o concentratie constanta de substrat, viteza de reactie

este proportionala cu cantitatea de enzima.

• Concentratia substratului (ecuatia Michaelis-Menten): viteza este proportional in orice moment cu concentratia ES si este maxima cand toata enzima se afla sub forma de complex ES; KM arata afinitatea E pentru S (relatie invers proportionala)

SPECIFICITATEA ENZIMELOR

Specificitate de substratSpecificitatea de substrat a enzimelor reflecta abilitatea unei enzime de a distinge intre unul sau mai multe substrate si este rezultatul interactiunii enzima-substrat.

• Specificitatea absoluta: enzimele actioneaza asupra unui singur substrat • Specificitate de grup : enzimele actioneaza asupra unui anumit tip de legatura

si catalizeaza un grup restrans de substrate (similare ca structura)• Stereospecificitatea : enzimele actioneaza numai asupra unui stereoizomer sau

determina formarea numai unui anumit stereoisomer

Specificitate de reacţieDefiniţie: ▪ capacitatea fiecărei enzime de a cataliza un anumit tip de reacţie

▪ proprietate ce stă la baza clasificării enzimelor• OXIDO-REDUCTAZE: enzime ce catalizează reacţii de oxido-reducere• TRANSFERAZE: catalizează transferul unei grupari de la o moleculă la alta• HIDROLAZE : enzime ce catalizează reacţii de hidroliză• LIGAZE : enzime ce catalizează legarea substratului cu formare de noi legături • LIAZE : enzime ce catalizeaza ruperea unor substrate (fără ajutorul apei)• IZOMERAZE: enzime ce catalizează reacţii de izomerizare.

ENZIME - continuare1. Reglarea activitatii2. Izoenzime

INFLUENTA FACTORILOR ALLOSTERICI

(a efectorilor sau modulatorilor, de tip ACTIVATORI sau INHIBITORI)

Inhibitia activitatii enzimelor Poate fi reversibila sau ireversibila. Inhibitia reversibila poate fi competitiva sau necompetitiva.

In cea competitiva, inhibitorul competitiv se aseamana structural cu substratul si se leaga la centrul activ al enzimei. Inhibitia poate fi reversata prin cresterea concentratiei substratului.

In inhibitia necompetitiva, inhibitorul nu se aseamana structural cu substratul si nu se leaga la centrul activ al enzimei (se ataseaza in situsurile allosterice)

Inhibitia ireversibila (inactivarea) se caracterizeaza prin legarea puternica a inhibitorului la enzima, ceea ce determina inactivarea enzimei, prin formarea de complexe EI.

Reglarea activitatii enzimatice:

• Modificari cantitative : • Enzime inductibile- sinteza lor este crescuta printr-un proces de inductie

enzimatica • Enzime represibile – sinteza lor este reprimata prin represie

• Modificari conformationale : • Efectori / modulatori alosterici : se leaga in alt situs decat cel catalitic

pot fi pozitivi sau negativi (feed back)• Modificari covalente reversibile = interconversia unei enzime intre forma

activa si cea inactiva prin fosforilare-defosforilare (catalizate de kinaze sau fosfataze).

• Modificari covalente ireversibile = detasarea unor fragmente din enzima sub actiunea unor factori locali si demascarea centrului activ (enzime secretate sub forma de zimogeni)

IZOENZIME •Reprezinta forme multiple ale aceleiasi enzime care catalizeaza aceeasi reactie,

dar difera intre ele prin structura primara, greutate moleculara, afinitate pentru substrat, reglare.

•Pot fi separate prin electroforeza si au o semnificatie clinica deosebita, in diagnosticul diferential.

•Exemple: LDH (lactat dehidrogenaza ) – are 5 izoenzime si este un tetramer cu lanturi M

(muscle) si H (heart). CPK (creatin fosfokinaza) este un dimer (lanturi M si B) si are 3 izoenzime

Relatia enzime – patologieEnzimele se clasifica in functionale si nefunctionale.Enzimele functionale sunt secretate in diverse organe , iar activitatea lor serica

scade in cazul afectarii acelor organe.Enzimele nefunctionale au o concentratie crescuta in ser, odata cu distrugerile

celulelor de origine (ex : transaminazele cresc in hepatite).

VITAMINE1. Clasificare2. Vitamine liposolubile3. Vitamine hidrosolubile

VITAMINELE

Vitaminele sunt substante organice relativ simple, prezente in alimente, fiind indispensabile vietii. Aceste substante actioneaza ca si catalizatori ai reactiilor biochimice din organism.

Vitaminele liposolubile : sunt vit. A (betacarotenul si precursorii ), D, E si K.

Vitaminele hidrosolubile ; sunt vitaminele coplexului B, C.

O vitamina hidrosolubila se dizolva in apa. Ele nu pot fi stocate in organism timp indelungat, excesul fiind rapid eliminate prin urina.

Vitaminele liposolubile se depoziteaza in tesutul adipos si in ficat, excesul fiind mai dificil de eliminat. Un nivel crescut de vitamine liposolubile poate fi toxic pentru organismul uman.

Vitaminele hidrosolubile

VITAMINA B1 – TIAMINA

TPP – forma activa. - este coenzima enzimelor implicate in decarboxilarea oxidativa a cetoacizilor – piruvat DH; coenzima pentru transcetolaze si transaldolaze.

VITAMIN A B2 - RIBOFLAVINA

FMN si FAD – sunt formele active - sunt coenzime pentru - DH flavinice (ex : SDH) - glicerol 3 P – DH - xantin oxidaza (XO)

VITAMINA B3 – NICOTINAMIDA (VITAMINA PP)

NAD si NADP – forme active NAD – coenzima pentru DH piridiniceNADP – coenzima pentru reductaze

Structura Nicotinamid- adenin- di nucleotid (NAD+) si NADP

Vitamina PP (B3) provine din Trp Deficitul de vitamina PP – conduce la afectiunea

PELAGRA – maladia celor 3 D: Diaree, Dermatita, Dementa

• VITAMINA B6 – piridoxal

P-5-P - este forma activa - coenzima pentru decarboxilaze si transaminaze

• VITAMINA B5 – Ac. PANTOTENIC

Panteteina si COENZIMA A (HS-CoA) – forme active COENZIMA A (HS-CoA) –coenzima Transacilazelor (implicate in metabolismul AG)

Reactii catalizate: reactii de acilare si reactii de condensare

BIOTINA Structura:

Forma activa: CARBOXI-Biotina – Coenzima pentru carboxilaze (ex. Piruvat Carboxilaza)

• COBALAMINA (vitamina B12)

Forme active:

- ADENOSILCOBALAMINA – Coenzima enzimei MMM (metil malonil mutaza, ce transforma Metil Malonil CoA in succinil CoA) - METILCOBALAMINA - Coenzima enzimei Met Sintetaza, ce transforma HomoCys in Met

Tipuri de reactii catalizate de catre enzimele care au drept coenzima

formele active ale vitaminei B12: izomerizare si transfer de grupari metil.

Vitamine Nume

Forma

coenzima

tica

Rol Hipovitaminozele

Vitamina B

1

Tiamina

TPP Enzime de decarboxilare

oxidativa a cetoacizilor

Piruvat DH, cetoglutarat- DH

Metabolismul glucidic

(antinevritic si anti-beriberi)

Polinevrite, edeme,

miocardite, beriberi

Vitamina B

2

Riboflavina

FMN

FAD

NADH – DH, Xantin Oxidaza

DH flavinice : SDH, glicerol 3 P

-DH

Leziuni ale mucoasei

bucale, linguale si

modificari oculare

Vitamina B

3

(sau PP)

Nicotinamida

NAD+

NADP

DH piridinice : LDH, MDH, IC-

DH

Reductaze (MetHb reductaza)

Afectiuni ale parului,

pelagra

Vitamina B

5

Acidul

pantotenic

HSCoAAcil-Transferaze

Metabolismul glucidic, lipidic,

proteic si sinteza anumitor

hormoni.

 

Vitamina B

6

Piridoxal

P-5-PTransaminaze,

aa Decarboxilaze (enzime

implicate in metabolismul

aminoacizilor)

Leziuni cutanate, tulburari

neurologice (convulsii),

polinevrite

Vitamina B

8

Biotina CarboxiBioti

naCarboxilaze

Tulburari digestive, ataxie si

modificari cutanate. 

Vitamina B

9

Acid folic

THF Transferaze a unor fragmente

cu un singur atom de C.

Sinteza purinelor, pirimidinelor

si a acizilor aminati.

 Tulburari digestive si

neurologice. Astenie

Vitamina B

12

Cobalamina

Adenosil-Cb

Metil-Cb

MMM (Metil malonil mutaza)

Met-Sintetaza

Metabolismul acizilor nucleici,

sinteza metioninei, antianemic

(rol in hematopoieza)

Anemia Biermer, glosita,

tulburari neurologice.

Vitamina CAcid

ascorbic

Sinteza colagenului si a

globulelor rosii, antiscorbutica,

stimularea apararii imunitare.

Scorbut, septicemia si

sindroame infectioase, boli

cardiovasculare si

hipertensiune.

•Vitamine liposolubile-continuareLantul respirator si forsforilarea oxidativa

VITAMINELE LIPOSOLUBILE

Vitamina A este indispensabila dezvoltarii si functionarii tesutului epitelial si in procesul vederii. Vitamina D :

• este sintetizata din colesterol sub actiunea razelor UV• are 2 forme : D2 (ergocalciferol) si D3 (colecalciferol).• Intervine in absorbtia calciului si a fosforului, avand actiune sinergica cu parathormonul.• Previne aparitia rahitismului.

Vitamina E (tocoferol)• Principalul rol este cel antioxidant, protector al membranelor celulare• Alte functii: antiagregant, protejeaza eritrocitele, influienteaza nivelul colesterolului, rol in

reproducerea organismelor.Vitamina K

Este sintetizata endogen, de catre flora intestinala, putand fi preluata si din exterior (sursa exogena).Este utilizata in sintetizarea protrombinei, esentiala in coagularea sangelui.Este importanta in functionarea hepatica, in stocarea glicogenului si in metabolismul osos. Vitaminele K1 si K2 sunt cele naturale, iar K3 este cea sintetica (menadiona).

Vitamina K1 are rol in activarea urmatorilor factori (sintetizati sub forma inactiva in ficat), avand rol de coenzima pentru carboxilaze, responsabile de carboxilarea resturilor de Glu din acesti factori de coagulare :

• Factorul IX din coagulare (calea endogena)• Factorul VII (calea exogena)• Factorii II si X (cale comuna)

Vitamina K2 faciliteaza fixarea calciului (sub forma de hidroxiapatita) pe osteocalcina.

Antivitaminele K impiedica absorbtia intestinala a acestei vitamine liposolubile.

Vitamina Nume Rol Hipovitaminoze

Vitamina A Retinol

Favorizeaza procesele de

crestere, intervine in

procesul vederii

(antixeroftalmica)

Deficit de crestere,

cecitate

Vitamina D Calciferol

Antirahitica,

favorizeaza absorbtia

calciului si a fosforului

Rahitism,

hipoparatiroidism

Vitamina E TocoferolAntioxidant

Antisterilitate

Sterilitate,

Anemia hemolitica a

nou-nascutului.

Vitamina K1 Filoquinona Antihemoragica

(coagularea sangelui),

fixarea calciului in os

Hemoragie prin

avitaminoza KVitamina K2 Menaquinona

LANTUL RESPIRATOR SI FOSFORILAREA OXIDATIVA

Fosforilarea oxidativa reprezinta ansamblul compusilor si mecanismelor care asigura sinteza ATP din ADP si Pi pe baza energiei eliberate in lantul respirator.

In cadrul acestui proces, cuplat cu lantul respirator, se realizeaza sinteza propriu-zisa de ATP.

Lantul respirator si fosforilarea oxidativa se desfasoara in mitocondrii in toate celulele aerobe.Componentele lantului respirator :

• Flavoproteine : NADH-DH (coenzima FMN), SUCCINAT-DH (coenzima FAD)

• Coenzima Q (ubichinona)• Citocromii (hemoproteine cu valenta variabila a Fe2+/Fe3+

Au fost identificate trei locuri in lant, ca furnizoare de energie pentru fosforilare :

S

NAD FP

ADP+ Pa

ATP

CoQ cit.b cit.c

ADP+Pa

ATP

cit.a3cit.a O2

ADP+Pa

ATP