1.Componentele materiei vii – elementelefundamentale (C,H,O,N,P,S), substante

organice(proteine, glucide, lipide) si anorganice(apa,

cationi si anioni)

ProteineleProteinele

Cunoaşterea compoziţiei chimice a organismelor vegetale şi animale, are o mare însemnătate atât pentru înţelegerea transformărilor fizico-chimice şi biologice ce au loc în timpul creşterii şi dezvoltării organismului uman, cat şi pentru valorificarea eficientă a vegetalelor (cereale, fructe, legume) în alimentaţie. Compuşii chimici care se găsesc în organismele vii sunt foarte complecşi şi diferiţi. Alături de moleculele de apă şi dioxidul de carbon, care au o masa moleculară mică, se găsesc molecule gigant a căror masă moleculara se măsoară cu sutele de mii şi milioane de daltoni (moleculele de proteine şi acizi nucleici).Moleculele compuşilor care alcătuiesc materia vie poartă denumirea de biomolecule. Ele condiţionează organizarea biochimică structurală şi funcţională specifică tuturor organismelor vii.Biomoleculele pot fi:- anorganice: apa şi sărurile minerale;- organice (TROFINE): proteine, lipide, glucide, enzime, hormoni etc.La rândul lor, biomoleculele reprezintă combinaţii ale elementelor chimice prezente în materia vie şi care poartă denumirea de bioelemente.

1.Componentele materiei vii

 Bioelemente

Materia vie este formată din aceleaşi elemente chimice care există şi în natura anorganică, iar organismele vii preiau în mod selectiv din mediul înconjurător substanţele chimice necesare desfăşurării activităţilor lor vitale.Fiecare substanţă care intră în alcătuirea materiei vii are o anumită constituţie care este caracterizată în primul rând prin natura şi proporţia diferitelor elemente chimice care o compun şi 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, care se găsesc în proporţie mare şi formează 99% din masa organismelor, din care cauză se numesc şi elemente plastice. Ele reprezintă macroelementele ;b) Fe, I, F, B, Cu, Zn, Co, Mn, Si, Mo, Va, Ba, Li etc., care se găsesc în cantitate mică însă, sub 1% din total. Unele din aceste elemente apar în cantităţi extrem de mici, în limitele unei sutimi sau miimi de miligram pentru fiecare ; ele sunt numite microelemente şi îndeplinesc, în general, un rol biocatalitic. Microelementele intră în alcătuirea unor enzime, hormoni şi participă astfel la reglarea proceselor biochimice care au loc în organism.

Pe plan general, numai 21 de elemente sunt totdeauna prezente în materia vie, denumite şi bioelemente sau elemente esenţiale, care au fost împărţite în trei grupe în funcţie de concentraţia lor în organisme :Grupa I : elemente abundente (prezente în proporţie de 60% din totalul atomilor) : C, H, O şi N.Grupa II : elemente puţin abundente (prezente în proporţie de 0,02-0,1 atomi%) : Na, Mg, P, S, Cl, Ca, K.Grupa III : elemente rare (prezente în proporţie mai mică de 0,02 atomi%) : Si, B, Fe, Cu, Mn, Zn, Va, I, Ni, Co.

Proteinele• Cuvântul proteina provine din limba greaca proteinus care

înseamna primul. • Proteinele sunt substanțe organice macromoleculare

formate din lanțuri simple sau complexe de aminoacizi ( n ≥ 50 ,..., 10000) legati prin legaturi peptidice:

• - (- CO- NH - )n –• Proteinele sunt prezente în celulele tuturor organismelor

vii în proporție de peste 50% din substanta uscată. • Toate proteinele sunt polimeri ai aminoacizilor, în care

secvența acestora este codificată de către o genă. Fiecare proteină are secvența ei unică de aminoacizi, determinată de secvența nucleotidică a genei.

Aminoacizii esentiali• În componenta proteinelor intra aminoacizi. Din

cei 20 de aminoacizi cunoscuti 8 sunt considerati esentiali, întrucât nu pot fi sintetizati în organismul omului si trebuie adusi zilnic cu alimentele. Acestia sunt valina, lizina, leucina, izoleucina, metionina, triptofanul, treonina, fenilalanina. Pentru copiii sub 1 an histidina este aminoacid esential. Ceilalti au fost numiti neesentiali întrucât pot fi sintetizati în organism din alte substante. Pentru sinteza proteinelor organismului este nevoie de aminoacizi esentiali si neesentiali în anumite proportii.

• Aminoacizii esentiali îndeplinesc functii diferite in organism.• Valina. Insuficienta ei în ratia alimentara provoaca

scaderea consumului de hrana, dereglari de coordonare a miscarilor, hipertensiune si moartea sobolanilor supusi experientei.

• Leucina contribuie la normalizarea bilantului de azot, a metabolismului proteic si glucidic. în insuficienta de leucina la animale se retine cresterea, se micsoreaza masa corpului, apar modificari în ficat, în glanda tiroida.

• Izoleucina întra în componenta proteinelor organismului. Lipsa izoleucinei în ratia alimentara provoaca echilibru azotat negativ.

Aminoacizii esentiali• Lizina Insuficienta de lizina în

ratia alimentara are drept consecinta dereglarea circulatiei sanguine, micsorarea numarului de eritrocite în sânge si continutului de hemoglobina, provoaca istovirea muschilor, dereglari în calcificarea oaselor, diverse modificari patologice în ficat si plamâni. Sunt sarace în lizina cerealele. Sursele principale de lizina le constituie brânza de vaci, carnea, pestele.

Insuficienta lizinei la oameni provoaca cefalee, vertijuri, greata, voma, anemie, leucopenie. Includerea lizinei în ratia alimentara face sa sporeasca numarul de reticulocite în maduva oaselor.

Aminoacizii esentiali• Metionina este donatorul principal de

grupe metilice labile, folosite la sinteza colinei (substanta cu însusiri biologice active, cu actiune lipotropa). Metionina normalizeaza metabolismul lipidelor si al fosfolipidelor în ficat si se recomanda la profilaxia si tratarea aterosclerozei. Acidul folic stimuleaza eliminarea grupelor metilice ale metioninei, asigura sinteza colinei în organism. Metionina este necesara la functionarea suprarenalelor si la sinteza adrenalinei. Sursa principala de metionina este brânza de vaci.

• Treonina. In lipsa ei la animale se retine cresterea, se micsoreaza masa corpului, provocând chiar moartea lor.

Clasificarea proteinelor1.Proteine INSOLUBILE ( SCLEROPROTEINE ) ---FIBROASE caracteristice regnului animal, cu rol de susținere, protecție și rezistență mecanică

-de structura, - rezistente la tractiune - KERATINA (par ,copite ) - COLAGEN (piele ; hidrolizabil enzimatic) - FIBRINA ( matase) - ELASTINA ( piele, tendoane, cartilagii)

2.Proteine GREU SOLUBILE

– in apa, dar solubile in solutii alcaline concentrate (NaOH…)

FIBRINOGENUL ( coagularea sangelui )MIOZINA(muschi)ACTINA (muschi) 3. Proteine SOLUBILE 3.1 GLOBULARE - ALBUMINA (albus,lapte ) - HEMOGLOBINA ( sange) - GLUTEINA (cereale ) - GLOBULINELE (plasma sanguina )

3.2. HETEROPROTEINE

Masă moleculară a proteinelorDenumirea proteinei Sursa proteinei/Izolată

dinMasa moleculară

Lactalbumină lapte 17000

Gliadina grîu 27.500

Insulina pancreas 12,000

Hordeina orz 27.500

Hemoglobina globule roșii 68.000

Hemocianina moluște(sînge) , artropode(sînge) 2.800.00

Miozina mușchi 850.000

Pepsină stomac 36.000

Peroxidaza rinichi 44.000

Virusul mozaicului tutunului (capsida) tutun 17.000.000

Biosinteza proteinelor Transcripția, Translația

La nivelul ribozomilor se realizează translația informației genetice de la ARNm în lanțul polipeptidic. În nucleu ARN m copiază informația genetică de la ADN nuclear iar apoi migrează în citoplasmă. Fiecare moleculă de ARNt posedă la mijlocul lanțului său un anticodon a căror 3 baze consecutive se pot asocia prin legături de hidrogen cu 3 baze complementare de un codon ARNm[1]. Pe baza acestui anticodon aminoacizii vor fi poziționați conform mesajului genetic din ARNm. Această poziționare a aminoacil-ARNt se realizează la suprafața ribozomului la nivelul a 2 situsuri stereospecifice: situl "P" (peptidil) și situl "A" (aminoacil), situate la suprafața subunităților [2].

Structura proteinelor• Structura primară• Legătura peptidică -CO-NH- se

găsește în același plan, iar carbonul -CH- se poate roti, putînd să apară în planuri diferite. Datorită lungimii relativ mici a catenelor laterale, ele se pot aranja de o parte și de alta a lanțului proteic, astfel că lanțul proteic nu este ramificat.

• Sinteza are la bază cuplarea grupării carboxil -COOH (carbon terminus) cu gruparea -amino -NH2 (segmentul N terminus)

• R-CH-COOH I NH2

Structura secundară• Structura secundară se

referă la forma și la lungimea lanțurilor polipeptidic,proprietăți induse de legăturile de hidrogen

Structura terțiară• macromoleculele proteice

au o conformație tridrimensională, realizată de obicei prin intermediul cuplării mai multor lanțuri polipeptidice scurte între ele, cuplare care duce la formarea fibrelor proteice; Legături de hidrogen, sunt legături coordinativ heteropolare se stabilesc cu ușurință între gruparea carbonil C=O (electronegativă) și gruparea NH- (electropozitivă),

Structura cuaternară• Structura cuaternară se

referă la modul în care se unesc subunitățile proteice. Enzimele care catalizează asamblarea acestor subunități poartă denumirea de holoenzime, în care o parte poartă denumirea de subunități reglatoare și subunități catalitice.

• Proteine care au structura cuaternară :hemoglobina

• Vedere 3 D a hemoglobinei are la bază proteine globulare cuplate cu o grupare hem

Aminoacizi standardDenumirea (Residue)

cod 3-litere cod 1 literăcode

Abundență />(%) E.C.

Alanină ALA A 13.0

Arginină ARG R 5.3

Asparagină ASN N 9.9

Aspartat ASP D 9.9

Cisteină CYS C 1.8

Acid glutamic GLU E 10.8

Glutamină GLN Q 10.8

Glicină GLY G 7.8

Histidină HIS H 0.7

Isoleucină ILE I 4.4

Leucină LEU L 7.8

Lizină LYS K 7.0

Metionină MET M 3.8

Fenilalanină PHE F 3.3

Prolină PRO P 4.6

Serină SER S 6.0

Treonină THR T 4.6

Triptofan TRP W 1.0

Tirosină TYR Y 2.2

Valină VAL V 6.0

ROLUL PROTEINELOR IN ORGANISMUL UMAN:• 1.Rol plastic: ajuta la refacerea celulelor. • 2. Rol functional (realizeaza presiunea osmotica; participa

la echilibrul acido-bazic; participa la constituirea enzimelor; hormonilor; constituie receptori membranari, intra in constitutia altor substante active etc.).

• 3.Rol de aparare (refacerea tesuturilor lovite, anticorpi; troficitate a celulelor sistemelor de aparare specific si nespecific; creste rezistenta fata de actiunea nociva a unor substante toxice: Pb, Hg, Cd, Cr, Se, As, benzen, toluen, amine, nitrobenzen, cloroform, CCl4, pesticide organoclorurate, sulfamide, antibiotice toxice - tetraciclina, saruri de Au s.a.).

• 4.Rol energetic - prin ardere dau 4,1 Kcal/g proteine; nu ard complet dand nastere unor substante toxice (amine toxice: indol, triptamina, histamina) care cer un efort hepatic suplimentar.

NECESARUL DE PROTEINE• Depinde de necesitatile organismului:• 1.Cantitativ:• Copii: • 0-6 ani - 3-4 g prot/kg corp/24 h • 7-12 ani - 2-3 g prot/kg corp/24 h • 12-20 ani - 1,5-1,7 g prot/kg corp/24 h

Adultii: • 1,2-1,5 g/kgcorp/zi (ex: 75 kg ® 85-105 g

proteine/zi)Gravide si mame care alapteaza: 2 g/kgc/ziSportivi, mucitori, refaceri musculare: 2-3 g/kgc/zi

SURSE DE PROTEINE

• - Produse animale: lapte, branzeturi (100g branza = 25-30 g proteine), carne (20% proteine),viscere (ficat, rinichi, inima, splina, peste), oua.- Leguminoase: fasole (20-25%), mazare, soia (35%).- Cereale : paine (8%).- Nuci, arahide, alune, cartofi, ciuperci, legume, fructe (ultimele 2 mai putin).

Digestia, absorbţia şi metabolismul protidelor

Metabolismul proteinelor sau metabolismul protidic reprezintă totalitatea transformărilor chimice şi energetice suferite de către protide, după pătrunderea lor în organism.Proteinele, prin faptul că se uzează repede, dar şi ca o consecinţă a faptului că omul nu dispune de organe de depozit pentru aceste substanţe decât celulele însele, trebuiesc reînnoite în permanenţă.

Protidele din hrană se scindează înaintea absorbţiei intestinale, până la Această scindare se petrece în tubul digestiv sub acţiune enzimelor specifice, numite proteaze

• Digestia proteinelor începe din stomac, unde sub acţiunea pepsinei din sucul gastric, are loc o degradare parţială a acestora, din care rezultă un amestec de polipetide, oligopetide şi aminoacizi.

• (tripsina, chimotripsina, carboxipeptidaza, ş. a.), degradează mai departe aceste substanţe, rezultând  doar oligopetide şi aminoacizi. Scindarea este desăvârşită la nivelul intestinului subţire, sub influenţa aminopeptidazelor şi peptidazelor enterocitare, rezultând doar aminoacizi, care pot trece în circuitul sanguin (vezi imaginea ).

Metabolismul proteic• Metabolismul proteic este unul mai puţin "curat" decât cel

al glucidelor sau lipidelor, deoarece catabolismul nu se desfăşoară în exclusivitate prin descompuneri până la dioxid de carbon şi apă, rezultând şi unele deşeuri. Principalele deşeuri proteice sunt: - ureea, - acidul uric, - creatinina. - amoniacul (rezultă din activitatea microflorei proteolitice). Aceste deşeuri se acumulează în cantităţi mari sau (şi) se elimină greu din corp în unele afecţiuni (diateză urică, insuficienţă renală, ciroză, tulburări asociate metabolismului de inaniţie

• Rolul proteinelor în metabolismul energetic este unul secundar,

Proteinele din sânge• Prin sistemul circulator, protidele circulă libere,

încorporate în diferite structuri sau ca niște "cărăuși" pentru diverse substanțe.

• Proteinemia reprezintă o valoare care reflectă cantitatea de proteine din sânge. Valoarea normală a proteinelor serice este de

6-8,6g/100ml. Scăderea cantitativă a proteinelor din sânge sub

pragul de 6g/100ml, instalează hipoproteinemia, iar creșterea acestei valori peste pragul de 9g/100ml, conduce la hiperproteinemie.

Albuminele şi globulinele din sânge şi raportul A/G

• Nu numai nivelul proteinelor serice contează, ci și felul acestora precum și raportul ce se stabilește între acești componenți.

• Un raport A/G cuprins între 1,2 şi 1,5, se consideră a fi corespunzător. Creșterea acestei valori nu are o semnificație patologică deosebită, însă scăderea ei, mai ales sub valoarea 1, poate semnifica existența unei tulburări.

Proteine serice totale (medie)Albumine (medie)  Globuline (medie)

Raport normal albumine - globuline (A/G)

g/100ml % g/100ml % g/100ml %

7,5 100 4,5 60 3 40 1,5

• Dacă raportul dintre albumine și globuline este prea mic pe seama creșterii sintezei de globuline, poate fi vorba de existența unor perturbări provocate de: boli infecțioase (bacteriene, virotice) acute sau cronice, parazitoze, reumatism, tumori, afecțiuni renale (sindrom nefrotic), afecțiuni hepatice, alergii, etc.. Primul semn al deteriorării raportului dintre albumine și globuline este edemul, cauzat de scăderea presiunii osmotice (oncotice) sanguine, echilibrul hidric datorându-se în mare măsură albuminelor.

Actiunea dezechilibrului proteic• Lipsa proteinelor în alimentatie duce la stari

de denutritie cronica, diferite boli (hepatoza, pelagra s.a.), istovirea celulelor nervoase, retinerea cresterii la copii, micsorarea sintezei hormonilor suprarenalelor, hipofizei, tiroidei, pancreasului, glandelor sexuale, micsorarea masei corpului, anemie, leucopenie, polihipovitaminoza, dereglari ale metabolismului mineral (osteoporoza); pielea devine uscata, unghiile - fragile, cade parul.

• Este daunator pentru organism si surplusul de proteine. Excesul lor în ratia alimentara se soldeaza cu supraîncarcarea organismului cu produsele metabolismului proteic, cu intensificarea proceselor de putrefactie în intestine, cu supraîncarcarea ficatului si rinichilor.

• Trebuie să existe echilibru între cantitatea de trofine adusă de aliment şi nevoile nutritive ale organismului. Când acest echilibru nu este păstrat, vorbim despre alimentație nerațională și acest lucru se răsfrânge asupra întregului organism.în nutriție, nevoile nutritive ale organismului și valoarea energetică a alimentelor se măsoară în Kilojoule (KJ).1 KJ = 0, 239 Kcal.Furnizorii de energie sunt trofinele care prin arderea lor în organism generează calorii.

Necesarul zilnic de proteine• Alimentatia rationala recomanda ingerarea în 24 ore a 1 g de proteine

la 1 kg de greutate corporala. Asadar, o persoana cu masa corpului de 70 kg are nevoie zilnic de 70 g de proteine. Aportul minim de proteine nu trebuie totusi sa fie mai mic de 40 g zilnic. O cantitate de proteine sub acest indice are drept consecinta faptul ca organismul îsi consuma proteinele tesuturilor. În unele situatii organismul necesita cantitati crescute de proteine. în perioada de crestere, copiii au nevoie de 2 g la kg, femeile în perioada sarcinii - de l,5g/kg/corp, iar când alapteaza - de 2g/kg/ corp. Valoarea energetica a proteinelor trebuie sa constituie 10-15 % din totalul de calorii pe care îl contine ratia alimentara. În lume nu sunt conceptii unice despre normele fiziologice ale organismului în proteine. Pentru un barbat cu masa corpului de 70 kg în vârsta de 18-40 ani ce nu depune efort fizic greu si locuieste în tara cu clima moderata necesitatea în proteine variaza între 55 g (Canada), 87 g (Rusia) si 120 g (Bulgaria). Aceste varietati se afla în functie de calitatea si valoarea biologica a produselor consumate.

Proteine sintetice• Care este insa calea de obtinere a proteinelor din petrol? S-au

impus pana in [rezent in aceasta directie doua procedee. Primul foloseste ca materie prima o fractiune de la distilarea la 300 - 380 grade C a titeiului, asa - numitul "petrol greu", care contine parafine normale, neramificate, cu un numar de 15 - 30 atomi de carbon in molecula. Petrolul in amestec cu apa, saruri minerale, amoniac si specia cea mai indicata de drojdie sunt introduse in tancul de fermentatie. Acesta este alimentat, prin partea sa inferioara, cu aer, care aduce oxigenul necesar culturii si, in acelasi timp, asigura un amestec intim al mediului de cultura. Prin intermediul uneisupravegheri atente a temperaturii, a valorii pH-ului (cu ajutorul amoniacului) si a concentratiei solutiei se obtin conditiile optime care asigura dezvoltarea exclusiva a speciei de ciuperca monocelulara aleasa. In acest fel se poate renunta la sterilizarea prealabila a instalatiei si a solutiilor.Produsele de fermentatie sunt supuse centrifugarii, in urma separarii solutiei nutritive ramanand un amestec apos ce contine cca 15% substante celulare solide. Spalat si apoi drumul combinatelor de crestere industriala a animalelor.

Actiunea proteinelor sintetice• Proteinele din normal parafine au

nu numai avantajul unei foarte mari viteze de obtinere in comparatie cu cele vegetale sau animale, ci si al unei compozitii extrem de avantajoase. Aceste furaje au un continut ridicat de proteine apropiat de cel al fainii de peste si deplasandu-l pe cel al sroturilor de soia.

• animalele hranite cu petroproteine au avut sporuri de greutate net superioare: in medie 58,3 g la pui si 46,5 g la porci.

Atentie la proteine !!!!!!!!