Biochimie Manual

1

Prof. Dr. BBEANU ILEANA CRISTINA

BIOCHIMIE

Manual universitar pentru nvmntul la distan.

CRAIOVA, 2010

3

CUPRINS Tema nr. 1 GLUCIDE........................................................................ 1.1 Monoglucide: structur, proprieti, rol metabolic. ....................... 1. 2. Oligoglucide naturale.................................................................... 1.3 Poliglucide: clasificare, structur, rol biochimic............................ Rezumatul temei.................................................................................... Tema nr. 2 LIPIDE ........................................................................... 2.1 Acizi grasi...................................................................................... 2.2 Lipide simple: clasificare, structur, rol biochimic........................ 2.3 Lipide complexe.............................................................................. Rezumatul temei.................................................................................... Tema nr. 3 PROTIDE...................................................................... 3.1. Aminoacizi; Structur general, clasificare, proprieti chimice.. 3.2 Proteine; structur i proprieti....................................................... 3.3 Holoproteine i heteroproteine........................................................ Rezumatul temei.................................................................................... Tema nr. 4 ACIZI NUCLEICI.......................................................... 4.1 Structura bazelor azotate. Structura nucleozidelor si nucleotidelor 4.2 Tipuri de acizi nucleici .................................................................. Rezumatul temei.................................................................................... Tema nr. 5 VITAMINE .................................................................... 5. 1 Vitamine liposolubile ................................................................... 5.2 Vitamine hidrosolubile.................................................................... Rezumatul temei.................................................................................... Tema nr. 6 ENZIME.......................................................................... 6.1 Generaliti despre enzime, structura i specificitatea

enzimelor.......................................................................................... 6.2 Mecanisme generale de actiune i clasificarea

enzimelor.......................................................................................... Rezumatul temei.................................................................................... TEST RECAPITULATIV................................................................... BIBLIOGRAFIE.................................................................................

5 5 10 11 14 15 15 17 21 25 26 26 31 35 38 39 39 44 47 48 49 52 56 57 57 61 63 64 67

5

Tema nr. 1 GLUCIDE

Uniti de nvare: Monoglucide: structur, proprieti, rol metabolic. Oligoglucide naturale Poliglucide: clasificare, structur, rol biochimic

Obiectivele temei :

- Cunoaterea aspectelor biochimice privind structura, izomeria, proprietile si rolul metabolic al glucidelor

- Studiul principalelor oligoglucide naturale, structura si rolul lor biochimic

- Studiul structurii si al proprietilor fizico-chimice ale poliglucidelor.

- Utilizarea de metode, tehnici i procedee specifice laboratorului de biochimie pentru determinarea cantitativa si calitativa a glucidelor

Timpul alocat temei : 6 ore Bibliografie recomandat :

1. Babeanu C., 2003, - Biochimie vegetal, Ed Universitaria, Craiova 2. Babeanu C., 2010, Biochimie. Manual universitar pentru nvmntul

la distan. Editura Universitaria, Craiova 3. Glodeanu E., 1997 - Biochimie Metabolica, Ed Gorjeanul 4. Marinescu G., Glodeanu E., 1995- Biochimie General, Ed.

Universitaria, Craiova 5. Neamu G., Cimpeanu Ghe., Socaciu C., 1993- Biochimie Vegetal, Ed.

Didactic i Pedagogic Bucureti.

1.1. Monoglucide: structur, proprieti, rol metabolic. Clasificarea glucidelor

Dup reacia de hidroliz, glucidele se mpart n dou grupe: n oze i ozide. Ozele se mai numesc i monoglucide. Ozidele sunt substane formate din mai multe resturi de monoglucide prin eliminare de ap. Dup structura molecular, ozidele se mpart, de asemenea, n dou grupe: n oligoglucide i n poliglucide. Dup natura compuilor care intr n constituia lor, ozidele se clasific n holozide i heterozide. Holozidele sunt formate numai din resturi de monoglucide (aceleai sau diferite), iar heterozidele conin n molecula lor pe lng resturi de monoglucide i alte resturi de substane neglucidice (alcooli, fenoli, alcaloizi, pigmeni, etc) numite agliconi.

Monoglucidele sunt compui cu funciuni mixte ce conin n molecula lor o grupare carbonil i grupri hidroxil alcoolice. Dup natura grupei carbonil se clasific n: aldoze i cetoze. Dup numrul atomilor de carbon din molecul se clasific n: trioze, tetroze, pentoze, hexoze, etc.

Cele mai simple glucide sunt aldehida gliceric, ca reprezentant al polihidroxi-aldehidelor i dihidroxi-acetona, ca reprezentant al polihidroxi-cetonelor.

6

H C = O CH2 OH | | H C OH C = O | | CH2OH CH2 OH aldehida gliceric dihidroxiacetona

Retinem: monoglucidele prezint mai multe tipuri de izomerie: Izomeri datorit gruprii carbonilice; Acesti izomeri sunt determinai de natura gruprii carbonilice. Se ntlnesc aldoze i cetoze. Izomeri datorit activitii optice i stereoizomeria D i L ; Monoglucidele avnd n molecula lor atomi de carbon asimetrici prezint izomerie optic. Ele pot roti planul luminii polarizate spre dreapta (dextrogire) se noteaz cu (+) sau pot roti planul luminii polarizate spre stnga, sunt levogire i se noteaz cu (-). Din motive de sistematizare, glucidele s-au mprit n dou serii D i L dup configuraia lor nrudit cu Dgliceraldehida sau L gliceraldehida. Se consider c ozele care au configuraia atomului asimetric cel mai ndeprtat de gruparea carbonil, identic cu cea a carbonului asimetric din Dgliceraldehida aparin seriei D, iar cele avnd configuraia ultimului atom de carbon asimetric cel mai ndeprtat de gruparea carbonil din molecula identic cu cea a atomului de carbon asimetric din Lgliceraldehid, aparin seriei L. Izomerii optic activi au aceleai proprieti cu excepia sensului de rotire a luminii polarizate. Amesctecul n pri egale, din enentiomerul dextrogir i cel levogir al aceleiai substane se numete amestec racemic i este optic inactiv prin compensaie Izomeri datorit structurii moleculare. Monoglucidele prezint dou structuri: aciclic i ciclic. Forma ciclic ia natere printr-o reacie de semiacetalizare (adiie de alcool la gruparea carbonil) intra-molecular. Semiacetalizarea are loc ntre grupa carbonil i hidroxilul alcoolic din molecula respectiv, care conduce la formarea unui ciclu fr tensiune. Astfel iau natere formele semiacetilice, heterociclice, cu ciclu de 6 atomi ce deriv de la heterociclul piran, numite forme piranozice i formele cu ciclul de 5 atomi ce deriv de la heterociclul furan, numite forme furanozice.

-D-glucofuranoza D-glucoza -D-glucopiranoza

D-fructofuranoza D-fructoza D-fructopiranoza

C

C

C

C

C

C

OH

H

OH

OH

OH

H2

HO

H

H

H2

O

H2

H

H

HO

H2

OH

OH

H

OH

C

C

C

C

C

C

H2

H

H

HO

H2

OH

OH

H

OH

C

C

C

C

C

C

OO

O

C

C

C

C

C

C

H

OH

HO

H

H

H2

C

C

C

C

C

C

H

OH

HO

H

H

H2H2

H

H

HO

OH

OH

OH

H

OH

C

C

C

C

C

C

O

H OH

OHH

OH

O

H H OH

H

OH

OH

H

7

D-glucofuranoza D-glucopiranoza

D-fructofuranoza D-fructopiranoza

Izomeri datorit hidroxilului semiacetalic. Dup poziia hidroxilului semiacetalic din molecula monoglucidelor ciclice, se cunosc doi stereoizomeri. Cnd hidroxilul semiacetalic se gsete n partea dreapt a catenei de carbon (in partea de jos la formulele perspectivice) se obine izomerul , iar cnd hidroxilul semiacetalic se gsete n partea stng (n partea de sus la formulele perspectivice) se obine izomerul . Trecerea izomerilor n izomeri se face prin intermediul formei carbonilice. Aceti izomeri i se numesc anomeri.

-D-glucopiranoza -D-glucopiranoza

-D-fructofuranoza -D- fructofuranoza

Epimeria Epimeria const n modificarea configuraiei la un atom de carbon asimetric. Se menioneaz ca structuri epimere: D-riboza i D-arabinoza; D-glucoza, D-galactoza, D-manoza. Observatie Monoglucidele prezint proprietile chimice caracteristice gruprii funcionale carbonil si hidroxil. Reacia de hidrogenare Aldozele i cetozele prin hidrogenare formeaz polialcooli. Prin reducerea fructozei se obine un amestec de doi polioli diastereoizomeri: D-sorbitol i D-manitol.

D-sorbitol D-fructoz D-manitol

C

C

C

C

C

C

OH

H

OH

OH

H2

HO

H

H

H2

C

C

C

C

C

C

OH

H

OH

OH

H2

HO

H

H

H2

O

H2

H

H

HO

H2

OH

OH

OH

H

OH

C

C

C

C

C

C

+2H +2H

OH

OH

H

OH

HO H

O

OH

H

OHH

OH

H

CH2OH

HOH

O

H

OHCH2

H

OH

H OHOH

H2HO C O

H

H

OHHHO

H

OHCH2

H

HO

OH

HHO

OHCH2

H

OH

H OH

H

OH

O

HHO

OHCH2

H

OH

H OH

H

OHO

CHOH2

OHOHH

OH

H

CH2OH

H

O CHOH2 OH

OHH

OH

H CH2OH

H

O

8

Reacia de oxidare. Produii de oxidare ai monoglucidelor depind de natura oxidantului. Folosind oxidani slabi, energici sau prin oxidare protejt rezult: acizi aldonici, acizi zaharici i acizi uronici. Oxidare blnd Oxidanii slabi n mediu alcalin oxideaz gruparea carbonil obinndu-se acizi aldonici sau onici. Cetozele sunt stabile la oxidare.

acidul D-gluconic acidul D-galactonic acidul D-manonic

Oxidare energic; Oxidanii energici formeaz acizi zaharici.

Acid D-glucozaharic Acid galactozaharic Acid manozaharic

Oxidarea protejat. Dac funcia aldehidic este blocat (prin reacii de esterificare sau condensare a hidroxilului semiacetalic), oxidarea are loc la funcia alcool primar rezultnd acizi uronici.

Acidul glucuronic Acidul galacturonic Acidul manuronic

Reacii ale gruprilor hidroxil; In molecula monoglucidelor ciclice se pot afla o grupare OH glicozidic i mai multe grupri OH alcoolice, fiecare dintre aceste grupri avnd proprieti caracteristice. Derivai ai monoglucidelor; ntre derivaii glucidelor se menioneaz dezoxiglucidele, metilglucidele, tioglucidele i aminoglucidele. Se pot considera derivai ai glucidelor i acizii uronici, produii de eterificare.

Dezoxiglucide

Sunt derivai ai monozaharidelor care au o grup OH nlocuit cu un atom de hidrogen. Dintre acestea mai importante pentru organismele vii sunt: 2-Dezoxi--riboza, 6-Dezoxi-Galactoza i 6-Dezoxi-L-Manoza.

Dezoxiriboza intr n structura ADN.

HHO

OH

H

OH

OH

C

C

C

C

C

C

H

OH

OH

HO

H

H2 H2

H

H

HO

OH

OH

H

C

C

C

C

C

C

H2

H

H

HO

OH

OH

H

C

C

C

C

C

COOH OOH OOH

H OH

HHO

HHO

OH

H OH

C

C

C

C

C

C

H

OH

HO

H H

H

HO

OH

OH

H

C

C

C

C

C

C

H

H

HO

OH

H

C

C

C

C

C

COOH OOH OOH

H OH

HHO

OOH OOH OOH

HHO

H

OH

H OH

H

OH

O

H

HO

H

OH

H

OH

H

OH

O O

OH

H

OHH

OHH

HO

H

COOH COOH COOH

H H H

9

2-dezoxiriboza 6-dezoxi-L-galactoza 6-dezoxi-L-manoza

TEST DE EVALUARE

Ce compui rezult la oxidarea glucidelor ? Rspuns: Glucidele formeaz la oxidare blnd acizi aldonici, la oxidare protejat

acizi uronici si la oxidare energic acizi zaharici.

Ce tipuri de izomerie prezint glucidele ? Rspuns

Exerciii. Exemplu rezolvat:

1. Prin reducerea fructozei se obine: a) D- glucoz b) Acid aldonic c) D-sorbitol i D-manitol d) D- glucoz si D galactoz e) -D-glucopiranoza

Rezolvare : c De rezolvat: 2. Ce reprezint urmtoarea formul?

a) -D-fructofuranoza b) -D- fructofuranoza c) -D-glucopiranoza d) -D- glucofuranoza e) acid glucuronic

Rezolvare:

O

HOH

H

OH

H

H2HO C

HH

HO

HO

C

H

H

C

OHC

OH

H

C

C

CH

OH

H

3

H

HO

H

OH

H O

C

C

C

OH

C

C

H3

H

H

C

HO

10

1.2. Oligoglucide naturale

Oligozidele sunt produi de condensare a 2 pn la 8 molecule de oze. ntre resturile de monozaharide este o legtur eteric numit legtura glicozidic. Reinem: n funcie de felul grupei OH glicozidic care particip la reacie se pot forma legturi i -glicozidice. Oligozidele se clasific dup numrul resturilor de oze din molecul: dioligozide (dizaharide), trioligozide, etc. Dup caracterul chimic se mpart n oligozide reductoare i nereductoare, iar dup felul ozelor constituente n oligozaharide omogene i heterogene. Diglucide Diglucidele sunt alctuite din dou resturi de monoglucide identice sau diferite, unite prin legturi de tipul -; -; - i - glicozidice. . Diglucide reductoare Celobioza; 4-[-D-glucopiranozil]-D-glucopiranoza este un diglucid format din dou resturi de -glucopiranoz, legate 1-4 glicozidic. Frecvent se ntlnete sub form policondensat (celuloz).

Maltoza 4-[-D-glucopiranozil]-D-glucopiranoza, este format din dou molecule de D-glucoz unite prin legtura 14 glicozidic. Se gsete n seminele germinale ale cerealelor, ca produi de hidroliz a amidonului.

Lactoza; 4-[-D-galactopiranozil]-D-glucopiranoza (zahrul din lapte) este format din resturi de -D-galactopiranoz i de -D-glucopiranoz, legate 1-4 glicozidic. Se gsete n laptele mamiferelor

Diglucide nereductoare Zaharoza Zaharoza 2-[ -D-glucopiranozil]--D-fructofuranoza,

este rspndit n multe organe vegetale (fructe, semine, frunze). Este un dizaharid nereductor, constituit dintr-o molecul de -D-glucopiranoz i una de -D-fructofuranoz unite printr-o legtur - 1-2 dicarbonilic.

HHO

OHCH2

H

OH

H OH

H

O

H

HO

OHCH2

H

OH

HOH

H O

H OH

HHO

OHCH2

H

OH

H OH

HOH

O

HO H

OHH

OH

H

CH2OH

HO

H

H

HO

OHCH2

HOH

H OH

H

O

CH2

H

OH

HO H

OH

H

OH

HO

H

HO

O

H

OHCH2

OH

HOHH2HO C

H

HO

OHCH2

HOH

H OH

HO

O

H

H

11

TEST DE EVALUARE

1. Ce grupare funcional din molecul confer caracterul reductor sau nereductor la oligoglucide. Rspuns: Caracterul reductor este dat de gruparea OH glicozidic liber. Dac

OH glicozidic este blocat in legtur eteric de tip glicozidic aceast

proprietate nu se manifest, molecula are caracter nereductor.

2. Ce compui rezult la hidroliza zaharozei? Rspuns:

Exerciii. Exemplu rezolvat: 1. Care dintre urmtoarele oligoglucide au caracter reductor ?

a) maltoza si lactoza, b) maltoza si celobioza c) zaharoza si celobioza d) maltoz i zaharoz e) lactoz i celobioz

Rezolvare : a, b, e

De rezolvat: 2. Ce substane se formeaz la hidroliza maltozei ?

a) 2 molecule de glucoz b) 2 molecule de glucoz c) o molecula de glucoz si o molecul de glucoz d) 2 molecule de fructoz e) o molecula de glucoz si o o molecul de fructoz

Rezolvare:

1.3 Poliglucide: clasificare, structur, rol biochimic

Poliglucidele sunt compui macromoleculari constituii dintr-un numr mare de resturi de monoglucide legate ntre ele prin legturi glicozidice. Au proprietatea de a hidroliza n mod treptat, formnd produi intermediari cu un grad de polimerizare din ce n ce mai mic. Prin hidroliz total se obin monoglucidele componente. Clasificarea poliglucidelor se face dup structura lor n: homopoliglucide (poliglucide unitare sau omogene) i heteropoliglucide (poliglucide mixte, complexe sau neomogene). Homopoliglucide Amidonul este un poliglucid foarte rspndit n regnul vegetal, reprezentnd o important surs de glucide alimentare pentru om i animale. Este insolubil n ap rece iar n ap cald formeaz o dispersie coloidal care prin rcire se transform n gel (coca).

12

Reinem: Amidonul nu este o substan unitar. Granulele sale sunt formate din dou componente: amiloz i amilopectin care se gsesc uniform repartizate. Aceste componente se deosebesc ntre ele att sub aspect structural ct i prin proprietile fizice i chimice. Amiloza este alctuit dintr-un numr mare de molecule de -D(+) glucoz, unite ntre ele -glicozidic n poziiile 14. Are o structur liniar. Masa molecular variaz n funcie de natura plantei, fiind cuprins ntre 10000 i 100000. Amiloza se dizolv uor n ap rece. Cu apa cald formeaz coca caracteristic amidonului. Cu iodul d o coloraie albastru-nchis care dispare la cald i reapare la rece.

rest terminal resturi interne rest terminal

amiloza (fragment macromolecular)

Amilopectina reprezint 70-80% din totalul amidonului avnd gradul de polimerizare de 1000-6000 i greutatea molecular 200000-1000000. Are o structur ramificat. Macromolecula amilopectinei prezint caten format din resturi de -D(+) glucoz legate -glicozidic n poziiile 14 i conine i cteva laterale formate din 25-30 resturi de -glucoz legate -glicozidic de catena liniar n poziiile 16. Raportul dintre amiloz i amilopectin n granule de amidon variaz n funcie de plant. Cu iodul amilopectina d o coloraie rou-violet.

rest terminal resturi interne rest terminal

amilopectina (fragment macromolecular)

Observaie: Cea mai important reacie a amidonului este hidroliza. Hidroliza, acid sau sub influenta enzimelor, se produce treptat, rezult iniial produi macromoleculari nedefinii, dextrinele, apoi maltoza i n final glucoza. Produii intermediari ai hidrolizei se pot pune n eviden prin reacii de culoare. Hidroliza enzimatic a amidonului este realizat de -amilaze si amilaze.

13

Celuloza

Celuloza este constituentul principal al pereilor celulelor vegetale. Este cea mai rspndit substan organic n natur. Celuloza n general se afl sub form de fibre amestecate cu alte substane ca: lignina, hemicelulozele, materiile pectice, lipide, rini, taninuri, pigmeni, sruri minerale i alte substane ncrustante.

Reinem: Celuloza este format prin policondensarea unui numr mare de molecule de -glucoz, gradul de policondensare este diferit n funcie de provenien. n macromolecula celulozei resturile de -glucoz sunt unite -glicozidic n poziiile 1 4.

fragment din molecula de celuloz

Masa molecular a celulozei variaz mult cu proveniena sa. Hidroliza enzimatic se produce sub aciunea celulazei, care duce la celobioz i apoi celobiaza o hidrolizeaz pn la -glucoz. Observaie: Cu toate c organismul uman nu posed enzimele necesare hidrolizei, prezena celulozei n hran, n cantiti foarte mici este necesar, avnd un rol important n peristaltismul i tranzitul intestinal.

TEST DE EVALUARE 1. Care este cea mai important reacie chimic a amidonului? Rspuns Cea mai important reacie a amidonului este hidroliza. Hidroliza, acid

sau sub influenta enzimelor, se produce treptat, rezult iniial produi

macromoleculari nedefinii, dextrinele, apoi maltoza i n final glucoza.

2. Ce compus rezult la hidroliza total a amidolului? Rspuns

Exerciii. Exemplu rezolvat: 1. Din ce molecule este format amiloza?

a) -glucoz unite -glicozidic n poziiile 14. b) -glucoz unite -glicozidic n poziiile 14. c) -glucoz unite -glicozidic n poziiile 16. d) -glucoz unite -glicozidic n poziiile 16. e) -glucoz i -glucoz unite glicozidic n poziiile 11.

Rezolvare : b

H

OH

OH

OH H

OH

H

CH2OH

H

O

H

OHH

OH

H

CH2OH

H H

OHCH2

H

OH

H OH

H

O

H

OHCH2

H

OH

HOH

H O

H O

HO O

14

De rezolvat: 2. Din ce molecule este format celuloza?

a) -glucoz unite -glicozidic n poziiile 14. b) -glucoz unite -glicozidic n poziiile 14. c) -glucoz unite -glicozidic n poziiile 16. d) -glucoz unite -glicozidic n poziiile 16. e) -glucoz i -glucoz unite glicozidic n poziiile 11.

Rezolvare :

Rezumatul temei

Glucidele sunt biomolecule, universal rspndite n lumea vie. Cu excepia unor derivai azotai glucidele sunt substane ternare formate din carbon, hidrogen i oxigen. Dup reacia de hidroliz, glucidele se mpart n dou grupe: oze i ozide. Ozele se mai numesc i monoglucide iar ozidele sunt substane formate din mai multe molecule de monoglucide prin eliminare de ap. Dup structura molecular, ozidele se mpart n dou grupe: oligoglucide i poliglucide. Oligoglucidele sunt formate dintr-un numr mic de resturi de monoglucide (2-8) iar poliglucidele sunt formate dintr-un numr mare de resturi de monoglucide.

Ozele sau monoglucidele sunt compui cu funciuni mixte care conin n molecula lor o grupare carbonil i grupri hidroxil alcoolice. Monoglucidele prezint mai multe tipuri de izomerie. Se prezint n form ciclic sau aciclic. Monoglucidele coninnd n molecul grupri carbonil i hidroxil (alcoolic sau glicozidic) vor prezenta proprietile chimice caracteristice acestor grupri funcionale. Dintre reaciile specifice gruprii carbonil amintim: reaciile de hidrogenare, oxidare, condensare. Gruparea carbonil din oze prezint i o serie de reacii prin care se poate identifica i doza.

Oligozidele sunt produi de condensare a 2 pn la 8 molecule de oze. n funcie de felul grupei OH glicozidic care particip la reacie se pot forma legturi i -glicozidice. Dintre diglucidele reductoare cele mai raspndite amintim celobioza, maltoza i lactoza iar dintre cele nereductoare zaharoza.

Poliglucidele sunt compui macromoleculari constituii dintr-un numr mare de resturi de monoglucide legate ntre ele prin legturi glicozidice. Clasificarea poliglucidelor se face dup structura lor n: homopoliglucide i heteropoliglucide. Amidonul este un poliglucid foarte rspndit n regnul vegetal si din punct de vedere structural nu este o substan unitar. Granulele sale sunt formate din dou componente: amiloz i amilopectin. Aceste componente se deosebesc ntre ele att sub aspect structural ct i prin proprietile fizice i chimice. Raportul dintre amiloz i amilopectin n granule de amidon variaz n funcie de plant.

Celuloza este format prin policondensarea unui numr mare de molecule de -glucoz, gradul de policondensare fiind diferit n funcie de provenien. n macromolecula celulozei resturile de -glucoz sunt unite -glicozidic n poziiile 1 4.

15

Tema nr. 2 LIPIDE

Uniti de nvare :

Acizi grasi. Lipide simple: clasificare, structur, rol biochimic. Lipide complexe: clasificare, structur, rol biochimic.

Obiectivele temei :

- Cunoaterea aspectelor biochimice privind clasificarea, structura i proprietile lipidelor.

- Inelegerea conceptelor i analizarea corelatiei structur, proprieti, rol biochimic.

- Cunoaterea principalilor reprezentani ai lipidelor simple si ai lipidelor complexe.

- Dezbaterea metodelor si procedeelor de caracterizare calitativ i cantitativ a lipidelor


1. Babeanu C., 2003, - Biochimie vegetal, Ed Universitaria, Craiova 2. Babeanu C., 2010, Biochimie. Manual universitar pentru nvmntul la distan. Editura Universitaria, Craiova 3. Campbell P.N, Smith A. D., 2004- Biochimie ilustrat, Ed. Academiei Romane, Bucuresti 4. Cristea Popa E., Popescu A., Truia E., Dinu V., 1991, Tratat de biochimie medical, Ed Medical, Bucuresti, 5. Grban Z., 1999, Biochimie Tratat comprehensiv, vol I, ediia 2, Ed. Didactic i Pedagogic Bucureti 6. Leninger A.L., 1987, Biochimie, vol. I, Ed. Tehnic, Bucureti

1.1. Acizi grai

Lipidele reprezint o clas de biomolecule organice, larg rspndite n natur att n regnul vegetal ct i n cel animal. Ele se caracterizeaz prin heterogenitatea structurii i proprietilor. Comun tuturor lipidelor le este insolubilitatea n ap i solubilitatea n solveni organici. Clasificarea general a lipidelor Natura chimic a lipidelor este foarte variat. Lipidele se pot clasifica dup mai multe criterii. Astfel dup rolul lor biologic se pot grupa n lipide de rezerv i lipide de constituie. n funcie de compoziia chimic, lipidele se clasific n trei grupe: lipide simple, lipide complexe, lipide derivate. Acizi grai. Acizii organici care intr n constituia lipidelor se numesc n mod curent acizi grai. Reinem: Majoritatea acizilor grai din lipide sunt acizi monocarboxilici, cu caten normal, cu numr par de atomi de carbon n molecul, saturai sau nesaturai. Proprietile lipidelor sunt determinate de felul, lungimea i configuraia catenei de carbon a acizilor grai, de felul i numrul legturilor interatomice, de felul i numrul gruprilor funcionale. Majoritatea acizilor grai din organismele vegetale se gsesc sub form de esteri i sruri. Puini

16

acizi grai se gsesc n celule i esuturi n stare liber, fiind disociai la pH-ul optim al mediului. n plantele superioare predomin cantitativ acizii lauric, miristic, palmitic i stearic. n uleiurile vegetale acizii grai saturai se gsesc n cantitate mult mai redus, dect acizii grai nesaturai.

Principalii acizi grai saturai liniari, aciclici Denumirea acidului gras Structura

Obinuit sistematic

Butiric n-butanoic COOHCHCH 223 )(

Caproic n-hexanoic COOHCHCH 423 )(

Caprilic n-octanoic COOHCHCH 623 )(

Caprinic n-decanoic COOHCHCH 823 )(

Lauric n-duodecanoic COOHCHCH 1023 )(

Miristic n-tetradecanoic COOHCHCH 1223 )(

Palmitic n-hexadecanoic COOHCHCH 1423 )(

Stearic n-octodecanoic COOHCHCH 1623 )(

Arachic n-eicosanoic COOHCHCH 1823 )(

Acizii grai nesaturai sunt acizi monocarboxilici, cu caten liniar

care conin n molecula lor una sau mai multe duble legturi. Difer ntre ei prin lungimea lanului i prin numrul i poziia dublelor legturi. Prezena dublei legturi se noteaz cu litera greceasc care se aeaz dup atomul de carbon de la care ncepe dubla legtur.

Observaie: Acizii grai nesaturai cu una sau mai multe duble legturi ndeplinesc un rol foarte important n organismul animal. Cei mai importani sunt acidul linoleic, linolenic arahidonic. In organismul uman i animal aceti acizi care au un rol foarte important nu pot fi sintetizai n cantitile necesare i se impune un aport alimetar, numindu-se acizi grai eseniali. Acizii linoleic i linolenic nu sunt sintetizai n organismul mamiferelor, ci numai n plante. Carena n acizii grai eseniali conduce la unele tulburri cum sunt oprirea creterii, perturbarea proceselor de circulaie, determin o fragilitate a capilarelor ct i alte dereglri.

TEST DE EVALUARE

1. Ce sunt acizii grai? Rspuns Acizii grai din lipide sunt acizi monocarboxilici, cu caten normal, cu

numr par de atomi de carbon n molecul, saturai sau nesaturai.

2. Ce sunt acizii grai eseniali? Rspuns

17

Exerciii. Exemplu rezolvat: 1. Care sunt cei mai importani acizi grai eseniali?

a) acid stearic si acid oleic b) acid stearic si acid palmitic c) acid oleic si acid palmitic d) acid stearic, acid lauric si acid palmitic e) acid linoleic si acid linolenic

Rezolvare : e De rezolvat: 2. In structura acidului stearic intlnim:

a) 20 atomi de carbon in molecul si o dubl legtur b) 16 atomi de carbon in molecul c) 18 atomi de carbon in molecul d) 18 atomi de carbon in molecul si o dubl legtur e) 16 atomi de carbon in molecul si dou duble legturi

Rezolvare:

2.2 Lipide simple: clasificare, structur, rol biochimic.

Clasificare Lipidele simple se clasific n funcie de natura alcoolului din structura lor n: gliceride, steride, ceride, etolide. Gliceride (Acilgliceroli) sau grsimi neutre Sunt lipidele cele mai abundente din natur. Sunt componente ale grsimilor vegetale de rezerv din esuturi. Sunt esteri ai glicerolului (propantriol) cu acizi grai, acilgliceroli. Dup numrul gruprilor alcoolice din glicerol esterificate se mpart n monoacilgliceroli (monogliceride), diacilgliceroli (digliceride) i triacilgliceroli (trigliceride). Mono i digliceridele nu apar ns dect n cantitate foarte mic. -monoacilglicerol -monoacilglicerol -diacilglicerol '-diacilglicerol

CH2 O C

O

R

CH OH

CH2 OH OHCH2

HC

OCH2 H

OCR

O

OHCH2

HCOCR

OR

O

COCH

CH2

HC

R

O

COCH2

O C R

OHO

18

Triglicerid mixt

Grsimile de rezerv sunt alctuite aproape exclusiv din trigliceride. Mono i digliceridele sunt intermediari n cursul sintezei i degradrii trigliceridelor i se gsesc n esuturi n cantiti mici. Cele mai rspndite sunt trigliceridele mixte. Trigliceridele mixte pot exista sub numeroase forme de izomerie de poziie.

Observaie: n uleiurile vegetale predomin gliceridele cu un coninut ridicat n acizi grai nesaturai. Proprietile fizice i chimice ale gliceridelor sunt determinate n mare msur de natura acizilor grai din compoziie. Starea de agregare a triacilglicerolilor depinde de compoziia n acizi grai: cele bogate n acizi saturai inferiori sau acizi nesaturai sunt lichide; cele cu un coninut ridicat n acizi saturai superiori sunt solide. Grsimile naturale sunt amestecuri de diveri triacilgliceroli, ele nu au un punct de fierbere sau de topire net. Gliceridele vegetale sunt solubile n eter de petrol, eter, cloroform, sulfur de carbon i ali solveni organici. Cea mai important reacie chimic a gliceridelor este hidroliza. nclzite cu ap sub presiune trigliceridele sunt hidrolizate cu formare de glicerol i acizi grai. Hidroliza are loc n etape, se formeaz mai nti o diglicerid, apoi o monoglicerid i n final glicerol liber. Reacia este catalizat de ctre acizi minerali tari, ca HCl, H2SO4 i n special de acizi sulfonici. Hidroliza gliceridelor are loc i sub aciunea enzimelor specifice, numite lipaze.

Reinem : Dac reacia de hidroliz are loc n mediu bazic, cu hidroxizi alcalini Ca(OH)2, Mg(OH)2 sau cu oxizi ai metalelor grele se formeaz glicerol i sruri ale acizilor grai i se numete reacie de saponificare. Srurile acizilor grai sunt numite spunuri. Pentru caracterizarea calitativ i cantitativ a uleiurilor i grsimilor se utilizeaz indicele de saponificare care reprezint numrul de mg KOH necesar saponificrii unei cantiti de 1g ulei sau grsime. Gliceridele care conin n molecul acizi grai nesaturai se pot halogena. Pentru caracterizarea unei gliceride se folosete i "indicele de iod" care reprezint cantitatea de iod adiionat de 100g ulei sau grsime, i care ne d indicaii privind gradul de nesaturare al acizilor grai din constituia gliceridei.

Gliceridele care conin n molecul acizi grai nesaturai adiioneaz i hidrogen n prezen de catalizatori. n urma hidrogenrii gliceridele nesaturate de consisten uleuioas sau grsimile uor fuzibile sunt transformate n grsimi consistente.

CH2 O

CH

CH2

CO R1

R2COO

RCOO 3

CH2 O

CH

CH2

CO R1

R2COO

RCOO 3

H2O3+

O

O

CH2

CH

OCH2 H

H

H

R1COOH

R2COOH

R3COOH

+

19

n contact cu oxigenul i vaporii de ap din atmosfer, gliceridele naturale sufer o serie de transformri nedorite, complexe care duc la rncezirea acestora. Steride

Steridele sunt esteri ai sterolilor cu acizii grai. Alcoolii din steride sunt alcooli policiclici numii steroli. Ei sunt esterificai de obicei cu acizii palmitic, stearic sau oleic. Sterolii sunt monoalcooli secundari care deriv de la hidrocarbura numit steran. Steran

Sterolii difer prin gruprile funcionale i catenele laterale grefate pe nucleul steranic, prin prezena unor duble legturi i prin existena unui numr foarte mare de stereoizomeri. n aceeai surs vegetal se gsesc de obicei mai muli fitosteroli. Ei se gsesc n plante att n stare liber, ct i sub form de fitosteride, glicozide cardiotonice, saponine, alcaloizi steroidici, etc. Conin n molecul 29 atomi de carbon i prezint importan biologic important n biosinteza hormonilor steroidici, a vitaminelor D, acizilor colici, etc. Sitosterol Stigmasterol

Colesterol Retinem Dintre zoosteroli cel mai important din punct de vedere

biologic este colesterolul. Predomin n organismele animale dar a fost identificat i n plante. El are un rol structural, este prezent n majoritatea membranelor celulare i n acelai timp este precursorul tuturor celorlali compui steroidici.

Ceride Ceridele sunt esteri naturali ai acizilor grai cu monoalcooli

superiori. n regnul vegetal se gsesc sub form de cutin pe suprafaa fructelor, frunzelor, florilor, constituind un nveli protector mpotriva evaporrii apei, a cldurii i luminii excesive i ca un strat protector mecanic. ndeprtarea cerurilor de pe suprafaa fructelor la recoltare micoreaz foarte mult rezistena lor la pstrare. Cerurile animale se gsesc att la mamifere ct i la insecte i psri. Ceara de albine este format din ceroat de ceril i palmitatul de miricil (33%). Formula general a unei ceride este

A B

C D1

2

34

56

7

89

10

111213

141516

17

HO

C2H5C2H5

HO

HO

20

Etolide

Etolidele sunt esteri intermoleculari ai unor hidroxiacizi superiori. Se gsesc numai n regnul vegetal, predominant n cerurile unor conifere. n structura unei etolide se gsesc dou resturi de molecule ale aceluiai hidroxiacid, dar la formarea etolidelor particip i 3-5 molecule de hidroxiacid.

TEST DE EVALUARE

1. Ce rezult la hidroliza bazic a unei gliceride (triacilglicerol) ? Rspuns In urma hidrolizei bazice a unei gliceride se formeaz glicerin si sruri

ale acizilor grai (spunuri).

2. Care este cel mai rspndit si cel mai important sterol din organismul animalelor superioare ? Rspuns

Exerciii. Exemplu rezolvat: 1. Care este starea de agregare a triacilglicerolilor in funcie de compoziia in acizi grai?

a) cele in care predomin acizi saturati sunt solide b) cele in care predomin acizi saturati sunt lichide c) cele in care predomin acizi nesaturati sunt lichide d) cele in care predomin acizi nesaturati sunt solide e) cele in care predomin acizi saturati sunt att lichide ct si solide

Rezolvare : a, c

De rezolvat: 2. Care dintre urmtoarele reacii sunt date de trigliceride?

a) aditie de hidrogen daca in molecul exist resturi de acizi grai nesaturai b) reacie de hidroliz (bazic, acid sau enzimatic) c) aditie de hidrogen daca in molecul exist resturi de acizi grai saturai d) reacie de oxidare e) aditie de halogen daca in molecul exist resturi de acizi grai saturai

Rezolvare :

CH3 (CH2)n C

O

O CH2 (CH2)n1 CH3

O CH2 (CH2 )n C O

CO )n(CH2 CH2 O

21

2.3 Lipide complexe

Lipidele complexe sunt esteri ai acizilor grai la constituia crora mai particip pe lng alcooli fr azot i aminoalcooli, acidul fosforic, serina, un rest de acid sulfuric, iar n unele cazuri inozitolul, una sau mai multe monolucide. Acidul fosforic fiind un component al marii majoriti a lipidelor vegetale complexe ele sunt denumite i fosfatide sau fosfolipide. Proporia de lipide complexe n regnul vegetal este relativ mic, predominnd n regnul animal. Lipidele complexe se gsesc n constituia membranelor cloroplastelor, n mitocondrii, reticul endoplasmatic, n membrane celulare. Ele nu se depun sub form de lipide de rezerv. n ap formeaz emulsii i sunt solubile n aceton, deosebindu-se n acest fel de lipidele simple. n organismele vii lipidele complexe mai apar asociate cu proteinele formnd lipoprotein, substane cu rol fiziologic important.

n funcie de natura alcoolului din structura lor se clasific n: glicerofosfolipide i sfingolipide.

Lipidele complexe care conin n molecul un rest de acid fosforic au fost denumite i fosfatide sau fosfolipide iar cele care nu conin acid fosforic n molecul au fost denumite glicolipide.

Fosfatide sau fosfolipide Majoritatea fosfatidelor vegetale sunt esteri ai glicerolului cu acizi

grai i cu acid fosforic; la rndul su acidul fosforic este esterificat cu un aminoalcool, un aminoacid sau un inozitol.

Reinem: Fosfatidele corespund deci urmtoarelor formule generale, care se deosebesc prin poziia acidului fosforic n molecul.

Fosfatida Fosfatida

n care R i R reprezint resturi de acizi grai saturai sau nesaturai, iar R restul de aminoalcool, aminoacid sau inozitol. Toate fosfatidele vegetale sunt optic active.

Principalii aminoalcooli care intr n compoziia fosfatidelor vegetale sunt: colamina, colina, sfingozina i fitosfingozina.

Glicerofosfolipide Glicerofosfolipidele la hidroliz formeaz glicerin, dou molecule

de acid gras, acid fosforic, aminoalcool sau inozitol. n cadrul glicerofosfolipidelor se include: acizii fosfatidici, etanolaminfosfatide (cefaline), colinfosfatide (lecitine), serinfosfatide, inozitolfosfatide, acetalfosfatide (plasmologenii) i fosfatidiglicerolii. Glicerofosfolipidele sunt cele mai rspndite lipide complexe, se gsesc n plante n cantitate mare n cloroplaste i semine.

CH2OCOR

CHOCOR"

CH2OPOH

OR"

O CH2OCORO

OR"

OH

CHOP

CH2OCOR

22

Acizii fosfatidici Acizii fosfatidici sunt cele mai simple lipide complexe i sunt

substana de baz a glicerofosfolipidelor. Acizii fosfatidici conin n molecula lor glicerin esterificat cu dou molecule de acizi grai, cea de-a treia grup hidroxil a glicerinei fiind esterificat cu acid fosforic.

CH2 O CO R1 | R2 OC O CH O | CH2 O P OH | OH Acid fosfatidic

Observaie: S-a dovedit c acizii fosfatidici reprezint produi intermediari n sinteza unor fosfatide mai complexe, cum sunt lecitinele, sau produi de hidroliz enzimatic ai fosfatidelor complexe. n urma hidrolizei acizilor fosfatidici s-au gsit urmtorii acizi grai: lauric, miristic, palmitic, stearic, oleic, linolic i linolenic. Acizii fosfatidici naturali fac parte din seria L.

Colinfosfatidele (lecitinele) Colinfosfatidele (lecitinele) sunt cele mai rspndite lipide complexe. n plante se gsesc n embrionii seminelor de leguminoase i de cereale, n proporie de 2%. Reinem: Sunt formate dintr-un rest de acid fosfatidic legat de aminoalcoolul colin OHCHNCHCHOH ])([ 3322

+ Lecitinele sunt

substane cu caracter bipolar CH2 O CO R | R - OC O CH O |

CH2 O P - + OHCHNCHCHO ])( 3322 | OH Fosfatil colina CH2 O CO R | R - OC O CH O |

CH2 O P - 3322 )(CHNCHCHO+

| O Structura amfionic a fosfatidil colinei Lecitinele se prezint ca o mas ceroas, unsuroas, de culoare

glbuie sau, n stare pur, brun. Lecitinele perfect pure sunt cristalizabile. n solveni organici, cu excepia acetonei, lecitinele sunt solubile. Ele se solv de asemenea n grsimi. Cu ap puin se gonfleaz, cu ap mult dau emulsii stabile.

23

Observaie: Comportarea fa de ap i grsimi se explic prin caracterul hidrofil al componentului fosforic i caracterul hidrofob al restului moleculei. Lizolecitine - Prin lizolecitine se neleg lecitine, cu puternic aciune hemolitic, care se obin prin hidroliza enzimatic parial a lecitinelor, cauzat de lecitinaza A.

CH2OCOR | CHOH | O CH2OP OCH2CH2N(CH3) 3

|| O Lizolecitin

Etanolaminfosfatide (Cefaline)

Etanolaminfosfatidele sunt esteri ai acizilor fosfatidici cu restul de acid fosforic esterificat cu colamin HO-CH2CH2NH2 (etanolamin). Ele nsoesc lecitinele n organismele vegetale i animale.

CH2 O CO R | R - OC O C - H O | CH2 O P - 222 NHCHCHO | OH Etanolaminfosfatida CH2 O CO R | R - OC O CH O | CH2 O P - + 322 NHCHCHO

| O Structura amfiionica a cefalinei S-au identificat i n germenii de gru, semine de floarea soarelui,

in, lupin, soia. ntre proprietile lor se remarc caracterul amfiionic al acestora molecula devenind bipolar. Cefalinele prezint proprieti fizico-chimice asemntoare lecitinelor iar rolul lor n organism este asemntor lecitinelor.

Serinfosfatide Serinfosfatide sunt compui cu molecula format din acid fosfatidic n care restul de acid fosforic este esterificat cu serin. Similar cefalinelor i lecitinelor, esterificarea se poate face n poziia sau .

24

CH2 O CO R | R - OC O CH O | CH2 O P O CH2 CH COOH | | O + NH3 Serinofosfatida Serinfosfatidele nsoesc celelalte fosfatide, de exemplu cele din

arachide i din soia. Proprietile fizico-chimice sunt similare cu ale celorlalte lipide complexe.

Inozitolfosfatide Inozitolfosfatidele sunt lipide complexe n structura crora se afl

resturi de acid fosfatidic i inozitol. Aceste lipide complexe se afl n cantiti mici n diferite esuturi, n cantiti mai mari gsindu-se n lipide din creier i muchi. Fosfatide vegetale coninnd inozitol au fost gsite n fasolea soia, germenii de gru, arahide, pere, mazre, fasole, boabe de porumb, bacterii acidorezistente.

Sfingolipidele Sfingolipidele sunt lipide complexe n constituia crora intr un

aminoalcool, un acid gras, acid fosforic, baz azotat sau un glucid. Aminoalcoolii pot fi sfingozina sau derivai ai acestuia: sfinganina (dihidrosfingozina) sau fitosfingozina (4hidroxisfingozina). n sfingolipide acidul gras este legat amidic la grupa NH2- a sfingozinei.

TEST DE EVALUARE

1. Ce sunt din punct de vedere structural acizii fosfatidici? Rspuns: Acizii fosfatidici conin n molecula lor glicerin esterificat cu dou

molecule de acizi grai, cea de-a treia grup hidroxil a glicerinei fiind

esterificat cu acid fosforic.

2. Care este aminoalcoolul din structura unei lecitine? Rspuns:

Exerciii. Exemplu rezolvat: 1. Prin ce tip de legtur este legat acidul gras in structura unei sfingozine?

a) legtur eteric de tip alcoolic b legtur eteric de tip glicozidic c) legtur amidic d) legtur esteric e) legtur de hidrogen

Rezolvare: c

25

De rezolvat: 2. Care este aminoalcoolul din structura unei cefaline?

a) colin b) etanolamin c) serin d) inozitol e) sfingozin

Rezolvare:

Rezumatul temei

Lipidele reprezint o clas de biomolecule larg rspndite n natur caracterizate prin heterogenitatea structurii i proprietilor. Sunt insolubile n ap i solubile n solveni organici. n plante, lipidele se gsesc att libere, predominat ca substane de rezerv ct i asociate cu proteinele i glucidele sub forma unor compui numii lipoproteine respectiv lipoglucide, care se gsesc n cantitate mai mare n constitueni celulari cu activitate fiziologic intens. Lipidele se pot clasifica dup mai multe criterii. Dup rolul lor biologic se pot grupa n lipide de rezerv i lipide de constituie. n funcie de compoziia chimic, lipidele se clasific n: lipide simple, lipide complexe, lipide derivate. La rndul lor lipidele simple se clasific n funcie de natura alcoolului din structura lor n: gliceride, steride, ceride, etolide. Lipidele complexe se clasific n: glicerofosfolipide i sfingolipide.

Acizii grai sunt acizi monocarboxilici, cu caten normal, cu numr par de atomi de carbon n molecul, saturai sau nesaturai. Majoritatea acizilor grai din organismele vegetale se gsesc sub form de esteri i sruri. Acizii grai nesaturai ndeplinesc un rol foarte important n organismul animal, numindu-se acizi grai eseniali (nu pot fi sintetizai de organismul animal). Cei mai importani sunt acidul linoleic, linolenic arahidonic.

Gliceridele sunt esteri ai glicerolului cu acizi grai, steridele esteri ai sterolilor cu acizii grai, ceridele esteri naturali ai acizilor grai cu monoalcooli superiori iar etolidele sunt esteri intermoleculari ai unor hidroxiacizi superiori.

Lipidele complexe sunt esteri ai acizilor grai la constituia crora mai particip pe lng alcooli fr azot i aminoalcooli, acidul fosforic, serina, un rest de acid sulfuric, iar n unele cazuri inozitolul, una sau mai multe monoglucide. Avnd acid fosforic in molecul lipidele vegetale complexe sunt denumite i fosfatide sau fosfolipide. n funcie de natura alcoolului din structura lor se clasific n: glicerofosfolipide i sfingolipide.

Acizii fosfatidici sunt cele mai simple lipide complexe i sunt substana de baz a glicerofosfolipidelor. Acizii fosfatidici conin n molecula lor glicerin esterificat cu dou molecule de acizi grai si cu un rest de acid fosforic. Cele mai rspndite lipide complexe sunt lecitinele i cefalinele. Ele sunt formate dintr-un rest de acid fosfatidic legat de aminoalcoolul colin respectiv etanolamin.

26

Tema nr. 3 PROTIDE

Uniti de nvare :

Aminoacizi; Structur general, clasificare, proprieti chimice. Peptide.

Proteine; structur i proprieti Holoproteine i heteroproteine.

Obiectivele temei :

- Cunoaterea aspectelor biochimice privind structura proteinelor - Inelegerea conceptelor i analizarea corelatiei structur, proprieti, rol

biochimic. - Dezbaterea metodelor si procedeelor de separare, identificare i dozare a

proteinelor


1. Babeanu C., 2003, - Biochimie vegetal, Ed Universitaria, Craiova 2. Babeanu C., 2010, Biochimie. Manual universitar pentru nvmntul la distan. Editura Universitaria, Craiova 3. Campbell P.N, Smith A. D., 2004- Biochimie ilustrat, Ed. Academiei Romane, Bucuresti 5. Dinu V., Trutia E., Cristea Popa E., Popescu A., 2002, Biochimie medical, Mic tratat, Ed Medical, Bucuresti, 6. Garban Z. 1981, Tratat elementar de biochimie, Ed Mirton Timisoara

3.1. Aminoacizi; Structur general, clasificare, proprieti chimice.

Consideraii generale i clasificare Aminoacizii sunt unitile constituente ale proteinelor. Dei se cunoate un numr mare de aminoacizi naturali, exist doar 20 aminoacizi prezeni n toate organismele vii, de la cele mai simple pn la om. Alturi de aceti 20 aminoacizi fundamentali, n proteine se mai ntlnesc ali civa, care rezult de fapt prin modificri chimice ale acestora dup ncorporarea n lanurile polipeptidice. Aminoacizii naturali au formula :

Toi aminoacizii care intr n structura proteinelor sunt - aminoacizi, cu excepia prolinei care are o grupare aminic secundar. Diversitatea aminoacizilor naturali este dat de natura radicalului R. Clasificarea aminoacizilor naturali se face dup mai multe criterii: Dup criteriul biologic aminoacizii naturali se clasific n: a) aminoacizi proteici i neproteici ; b) aminoacizi eseniali i neeseniali

R

CH

COOH

NH2

27

Observaie: Nu toi aminoacizii proteici sunt sintetizai de ctre organismul animal. Dintre aminoacizii proteici, 8 aminoacizi sunt absolut necesari organismului animal i uman, dar ei nu pot fi sintetizai de aceste organisme, sunt sintetizate doar n organismele vegetale. Aminoacizii eseniali sunt: valina, leucina, izoleucina, lisina, metionina, treonina, fenilalanina i triptofanul. Reinem: Dup structura chimic aminoacizii pot fi clasificai astfel: Aminoacizi monoaminomonocarboxilici alifatici Acid aminoacetic Acid -aminopropionic Glicocol (glicina) (Gly) Alanina (Ala) Acid -aminoizovalerianic Acid -aminoizocapronic Valina (Val) Leucina (leu) Acid -amino- metil- valerianic (Izoleucina - Ile) Aminoacizi monoaminodicarboxilici Acidul aspartic i acidul glutamic sunt aminoacizii iar asparagina i glutamina sunt amidele lor. Acid aminosuccinic Acid aminoglutaric Acid aspartic (Asp) Acid glutamic (Glu) Asparagina (Asn) Glutamina (Glu) Aminoacizi diaminomonocarboxilici: Acid , -diaminovalerianic Acid , -diaminocapronic Ornitina Lisina (Lis) Acid -amino- -guanidivalerianic guanidin Arginina (Arg) Arginina conine o grupare guanidil derivat de la guanidin.

CH3 CH COOH

NH2

NH2

COOHCH CH2CHCH3

CH3

CH COOH

NH2

CH2HOOC

NH2

COOHCH2

CH COOH

NH2

CH COOH

NH2

CHCH3

CH3

CH COOH

NH2

CH COOH

NH2

CH3 CH

CH3

CH2

CH COOH

NH2

CH2HOOC CH2

CH COOH

NH2

CH2H2NOC CH2

NH2

COOHCH CH2H2NOC

CH (CH2 CH COOH

NH2

)22H2N

)3

NH2

COOHCH (CH2HN C HN

NH2

CH (CH2 CH COOH

NH2

)32H2N

HN C NH2

NH2

28

Aminoacizi cu alte grupe functionale: Acid -amino--hidroxipropionic Acid -amino--hidroxibutiric Serina (Ser) Treonina (Thr) Acid -amino--tiometilbutiric Acid -amino-- tiopropionic Metionina (Met) Cisteina (Cys) Cistina Acid -amino-imidazolil propionic Histidina (Hys) Acid -amino--fenil propionic Acid -amino-(parafenil)propionic Fenilalanina (Phe) Tirozina (Tyr) Acid pirolidin -2-carboxilic Acid 4-hidroxipirolidin -2-carboxilic Prolina (Pro) Hidroxiprolina (Pro-OH) Acid -amino--indolil propionic Triptofan (Trp) Proprieti chimice ale aminoacizilor Aminoacizii au caracter amfoter. Avnd n molecul o grupare -NH2 bazic i o grupare -COOH acid ntre acestea poate avea loc transferul de protoni: Ion bipolar (amfion)

S

CH2 CH2 CH COOH

NH2CH3

OH

CH

NH2

COOHCH

NH2

COOHCH2CH3 CH COOH

NH2

CH COOH

NH2

CH

OH

SH

CH

NH2

COOHCH

NH2

COOHCH2

CH2SSCH2

CH CHNH2

COOH COOH

NH2

CH2 CH COOH

NH2

N

N

H

NH2

COOHCH CH2

R

CH

COOH

NH2 NH3

COO

CH

R

+

-

CH2 CH COOH

NH2

OH

N

CH2

CH COOH

H2C

H2C

H

N

CH2

CH COOHH2C

H

HCHO

H

N NH2

COOHCH CH2

29

La pH-ul fiziologic, ca i n stare cristalin, aminoacizii prezint o astfel de structur amfiionic. Datorit caracterului lor amfoter, aminoacizii se comport n mediu acid ca baze iar n mediu bazic ca acizi.

Observaie: Proprietatea aminoacizilor de a reaciona att cu ionii hidroxil ct i cu ionii de hidroniu permite utilizarea lor ca substane tampon. Punctul izoionic se definete ca PH-ul pentru care sarcina electric net a moleculei de aminoacizi este nul. n funcie de sarcina electric net la un anumit pH, aminoacizii se deplaseaz sub influena unui cmp electric, manifest proprieti electroforetice. Punctul izoelectric (pHi) este pH-ul la care aminoacizii nu migreaz ntr-un cmp electric, ei se afl disociai ca anioni i cationi n proporii egale. Solubilitatea lor este redus la acest pHi datorit atraciei electrostatice dintre anionii i cationii existeni. Reinem: Aminoacizii avnd n molecula lor gruparea -NH2 i gruparea -COOH prezint proprietile chimice ale acestor grupri funcionale, precum i proprieti chimice specifice, datorate prezenei radicalului R de la carbonul C. Reacii chimice caracteristice gruprii carboxil: 1) Ca i acizii organici, aminoacizii formeaz sruri cu bazele: 2) Aminoacizii reacioneaz cu alcoolii formnd esteri. 3) Aminoacizii reacioneaz cu pentaclorura de fosfor. Clorurile

aminoacizilor sunt deosebit de reactive i sunt folosite n sinteza peptidelor.

4) Prin decarboxilare aminoacizii formeaz amine, multe dintre ele au proprieti fiziologice i farmacologice importante. Decarboxilarea are lor n organism sub aciunea unor enzime specifice (decarboxilaze) i aminele obinute se numesc amine biogene. 4) Prin reducere energic aminoacizii se transform n aminoalcooli Reacii chimice caracteristice gruprii amino 1) Aminoacizii formeaz sruri cu acizii minerali ca i aminele. 2) Aminoacizii se alchileaz, de exemplu prin metilare, n prezena iodurii sau sulfatului de metil, formnd sruri cuaternare de amoniu. 3) Prin acilare rezult N-acilderivai. De exemplu, prin tratarea glicocolului cu clorura de benzoil, n mediu alcalin, se formeaz acidul hipuric. Acidul benzoic este un produs toxic, este cuplat sub form de acid hipuric i astfel este eliminat pe cale renal. Reacii datorate catenelor laterale n funcie de natura catenelor laterale unii aminoacizi reacioneaz cu anumii reactivi, formnd compui specifici (colorai sau precipitate) care servesc la identificarea lor.

R

C

COO

NH3

COO

C

R

++ H3O+ HH

H

+ H2O+

NH3

-

R

C

COO

NH2

COO

C

R

+ HH + H2O+

NH3

-

HO-

-

30

Reacii datorate ambelor grupri funcionale Aminoacizii particip la reacii de condensare i policondensare formnd peptide i protide. Peptidele sunt produi de policondensare a dou sau mai multe molecule de aminoacizi. Resturile de aminoacizi sunt legate prin legtur amidic, numit legtur peptidic. Sunt substane naturale care se gsesc n plante n stare liber sau apar ca intermediari la hidroliza proteinelor. Structura i funciile peptidelor sunt determinate de secvena de aminoacizi din molecul. Peptidele se clasific n:oligopeptide i polipeptide Oligopeptidele se formeaz din condensarea a 2 pn la 10 molecule de aminoacizi (dipeptide, tripeptide, etc.) iar polipeptidele prin condensarea unui numr mai mare de 10 molecule de aminoacizi. Din dou molecule de aminoacizi se formeaz o dipeptid: Datorit posibilitilor de legare a acelorai aminoacizi n secvene diferite, peptidele pot prezenta fenomenul de izomerie de structur. n diferitele organe vegetale se gsesc peptide i polipeptide, care indeplinesc anumite roluri fiziologice sau constituie produi intermediari n anabolismul i catabolismul proteidelor. Una din primele peptide naturale cunoscut, izolat din drojdia de bere este glutationul. Glutationul se gsete i n numeroase organe vegetale, ndeosebi n semine, unde cantitatea lui sporete n cursul ncolirii. Glutationul este o tripeptid format din acid glutamic, cistein i glicocol. Glutamil Cistenil Glicocol n celule glutationul se poate gsi sub form redus G-SH, ca tiol ct i sub form oxidat, ca disulfur G-S-S-G. Trecerea glutationului din forma redus n forma oxidat este un proces reversibil i constituie unul din cele mai importante siteme de oxidoreducere din celule.

R CH COOH

NH2

+

NH2

COOHCHR

NH2

COCHR COOHCHNH

R

- H2O

HOOC CH (CH2)2 CO NH CH CO NH CH2 COOH

NH2 CH2 SH

G SH G S S GH

H

-2

+2

31

TEST DE EVALUARE

1. Cum se explic comportarea ca soluii tampon a soluiilor de aminoacizi? Rspuns: In soluie apoas aminoacizii se gsesc sub form de amfiioni i prezint

caracter amfoter, comportndu-se ca solutii tampon (in mediu acid se

comport ca baze iar in mediu bazic se comport ca acizi)

2. Cum se clasific aminoacizii naturali dup criteriul biologic? Rspuns:

Exerciii. Exemplu rezolvat: 1. Ce fel de reacii chimice prezint aminoacizii?

a) reacii de alchilare b) reactii de acilare c) reacii de hidroliz d) reacii de condensare e) reacii de decarboxilare

Rezolvare : a, b, d, e De rezolvat: 2. Care dintre urmtoarele reacii chimice sunt datorate gruprii amino?

a) reactia de hidroliz b) reactia de esterificare c) reactia de decarboxilare d) reactia cu ninhidrina e) reactia de acilare

Rezolvare :

3.2. Proteine; Structur si proprieti

Proteinele sunt macromolecule care exist ntr-o varietate foarte mare i care au o structur deosebit de complex. Au o structur polipeptidic care asigur proteinelor diversitate molecular i specificitate. Structura proteinelor.

Cu ajutorul celor 20 aminoacizi proteici se pot obine combinaii multiple, deosebite prin numrul i secvena resturilor de aminoacizi. Lanurile polipeptidice, unidimensionale i flexibile, se aeaz spontan n arhitecturi moleculare, edificii cu trei dimensiuni, cu forme caracteristice pentru o anumit secven de aminoacizi. Reinem: Complexitatea proteinelor a impus introducerea mai multor trepte de organizare structural denumite structur primar, secundar, teriar i cuaternar astfel c structura de ansamblu a unei proteine este dat de existena i interaciunea acestor structuri. ntre aceste nivele de organizare

32

structural exist interdependen i mpreun determin particularitile structurale i proprietile funcionale specifice fiecrei proteine. Structura primar

Structura primar este dat de numrul, felul i secvena resturilor aminoacizilor din molecul. n legtura peptidic exist efectul de rezonan care conduce la un caracter parial de dubl legtur pentru legtura dintre azot i carbon.

Acest caracter se explic prin urmtoarele structuri limit de

rezonan ale legturii peptidice. Ca o consecin a caracterului parial de dubl legtur al legturii peptidice este apariia izomeriei cis-trans. n proteine, ca i n peptide catena este n zig-zag, atomii implicai n legtura peptidic sunt coplanari, iar resturile aminoacizilor R sunt aezai alternativ deasupra i dedesuptul planului legturilor peptidice. Structura secundar

Structura secundar definete orientarea spaial a lanului polipeptidic. Pauling i Corey (1951) au postulat dou structuri secundare pentru lanurile polipeptidice: modelul elicoidal (-helix) i structura (planuri pliate). O structur elicoidal distinct de cea descris de Pauling este ntlnit la colagen, care are o compoziie aminoacidic particular. Modelul -helix. Acest model prevede dobndirea de ctre o caten polipeptidic a unei conformaii elicoidale numit -helix, rezultat i stabilizat prin legturi de hidrogen intracatenare. Legturile de hidrogen sunt dispuse aproape perfect paralel cu axa -helixului. Radicalii R ai aminoacizilor constitueni ai -helixului sunt aezai alternativ, deasupra i sub planurile legturii peptidice i proiectate radial n jurul elicei.

Figura 1. Structura secundar de helice a unui lan polipeptidic

Modelul planurilor pliate (foaie pliat) i acest model reprezint o conformaie ordonat i stabilizat prin legturi de hidrogen dar intercatenare, dispuse aproape perpendicular pe axa catenei polipeptidice.

C NH

RO O R

HNC+

-

C N C N C N

C

H O H

COH

C

H

R1

R2

H H

R3

33

Lanurile polipeptidice se aeaz n foi. Structura secundar n foaie pliat este ntlnit n proporie de aproape 100% n proteina din mtase, fibroina.

Figura 2. Structurain foaie pliat Structura teriar

Aceast structur reprezint un stadiu avansat de organizare spaial a proteinelor i const n replierea catenelor polipeptidice elicoidale asupra lor nile. Catena polipeptidic sufer o nfurare spontan, avnd loc o repliere ordonat combinat cu plieri care nu sunt regulat ordonate n spaiu. Structura teriar se constituie pe baza unor legiti i este meninut prin stabilirea unor legturi i interaciuni diferite. Aceste legturi sunt de urmtoarele tipuri: - Legturi covalente disulfurice-S-S-, sunt legturi care se stabilesc ntre

dou resturi de cistein, la nivelul gruprilor tiolice -SH - Legturi ionice - aceste legturi se stabilesc ntre grupri polare de sens

contrar. - Legturi de hidrogen- - Interaciuni dipol-dipol. - Fore Van der Waals i interaciuni hidrofobe. Acestea sunt stabilite

ntre radicalii hidrocarbonai ai aminoacizilor. Structura teriar prezint un grad mare de labilitate n raport cu diferii factori fizici i chimici, desfacerea legturilor implicate n organizarea structurii teriare determin denaturarea proteinelor, proces nsoit de regul de pierderea proprietilor biologice.

Structura cuaternar Structura cuaternar a unei proteine oligomere indic modul n care

lanurile polipeptidice individuale, se asociaz, se asambleaz pentru a realiza structura proteinei date, structura sa funcional. Structura cuaternar este un nivel de organizare care rezult prin interaciunea dintre lanurile polipeptidice independente care au deja o structura primar, secundar i teriar bine definit. Suprastructura cuaternar reprezint asocierea unor catene polipeptiodice numite protomeri ntr-un ansamblu sau agregat numit oligomer. Interaciunile prin care se asambleaz agregatul molecular nu sunt de natur covalent, ci sunt legturi de hidrogen i legturi electrostatice. Un exemplu tipic pentru organizarea structurii cuaternare este globina din hemoglobin (Hb) care are o molecul tetramer format din patru lanuri polipeptidice, fiecare cu structura sa primar, secundar i teriar bine definit, legate ntre ele prin legturi de hidrogen, fore Van der Waals i legturi polare. Funcia specific a unei proteine oligomere se manifest numai la nivelul structurii cuaternare, protomerii separai sunt inactivi.

34

Proprietile proteinelor Proprieti fizice

Solubilitatea Proteinele fibrilare sunt insolubile n ap, pe cnd cele globulare prezint grade diferite de solubilitate. Soluiile apoase ale proteinelor sunt soluii coloidale n care diametrul particulelor variaz ntre 5-100 milimicroni. Proteinele au caracter amfoter. Aceasta se datoreaz gruprilor acide sau bazice din resturile de aminoacizi mono-aminodicarboxilici sau diaminomonocarboxilici. La pH-ul fiziologic toate aceste grupri acide sau bazice sunt ionizate i proteina apare ca un poliamfolit. n soluie apoas, n funcie de pH proteina migreaz n cmp electric i pe aceast proprietate se bazeaz separarea i purificarea proteinelor prin electroforez.

Observaie: Exist un pH la care proteina apare cu sarcin electric nul, numit punct izoelectric sau pH izoelectric cnd numrul sarcinilor negative este egal cu numrul sarcinilor pozitive i proteina nu mai migreaz n cmp electric. Datorit caracterului lor amfoter proteinele ndeplinesc n organism rol de soluii tampon. Ele contribuie la meninerea echilibrului acido-bazic.

Precipitarea. Conformaiile native ale proteinelor pot fi uor perturbate sub aciunea unei multitudini de ageni care afecteaz interaciunile necovalente din cuprinsul moleculei. Precipitarea unei proteine este provocat de diferii factori fizici i diferii ageni chimici. Precipitarea poate fi reversibil i ireversibil. Proprieti chimice

Proteinele dau numeroase reacii chimice datorit gruprilor amino i carboxil libere ale aminoacizilor constitueni, legturii peptidice i diferiilor radicali din molecul. Pe baza unora dintre proprietile chimice ele se pot identifica i determina cantitativ. Proteinele sunt substane macromoleculare care hidrolizeaz n mediu acid, bazic sau sub aciunea enzimelor proteolitice. Hidroliza proteinelor poate fi total sau parial. Hidroliza total duce la obinerea de aminoacizi iar hidroliza parial la obinerea de fragmente polipeptidice.

TEST DE EVALUARE

1. Cum se definete structura primar a unei proteine ? Rspuns: Structura primar este dat de numrul, felul i secvena resturilor

aminoacizilor din molecul.

Cum se definete structura secundar a unei proteine ?

Exerciii. Exemplu rezolvat: 1. Care sunt tipurile de legturi si interaciuni care menin stabilitatea structurii teriare a unei proteine?

a)legturi covalente disulfurice b) legturi ionice

35

c) legturi de hidrogen d) legturi prin fore Van der Waals e) interactiuni dipol-dipol

Rezolvare : a, b, c, d, e De rezolvat: 2. Care dintre urmtoarele afirmaii sunt adevrate?

a) proteinele prezint caracter amfoter b) proteinele nu migreaz in cmp electric c) proteinele prezint proprieti imunologice d) proteinele precipit reversibil sau ireversibil e) proteinele sunt molecule mici foarte solubile in ap

Rezolvare :

3.3. Holoproteide si heteroproteide Clasificarea holoproteidelor

Datorit complexitii structurii lor, clasificarea proteinelor nu se poate face dup un criteriu unic. La baza clasificrii stau de obicei dou criterii: conformaia tridimensional (globulare i fibrilare) i constituia lor chimic.

Reinem: Dup solubilitate i caracterul lor chimic proteinele globulare se clasific n: albumine, globuline, prolamine, gluteline, histone i protamine. Albumine. Albuminele sunt proteine cu caracter acid, solubile n ap i n soluii diluate de electrolii. Globuline Globulinele sunt proteine cu caracter acid mai pronunat datorit prezenei acidului aspartic i acidului glutamic n structura lor. Sunt insolubile n ap dar se dizolv n soluii diluate de electrolii. Prolamine. Prolaminele au fost identificate numai n seminele de graminee, sunt proteine vegetale cu caracter acid pronunat datorit coninutului ridicat n prolin, acid glutamic i acid aspartic. Prolamine sunt insolubile n ap, n soluii neutre de electrolii salini i n alcool absolut. Sunt uor solubile n soluii apoase alcaline i alcool 70%. Gluteline. Glutelinele sunt proteine cu caracter acid pronunat datorit coninutului ridicat n acid glutamic i acid aspartic. Sunt insolubile n ap, alcool i soluii de sruri neutre. Se dizolv n soluii bazice si precipit din aceste soluii la acidulare. Histone. Histonele sunt proteine cu caracter bazic care predomin n regnul animal. Au un coninut ridicat de arginin i lizin. Se dizolv uor n soluii diluate de acid sulfuric. Protamine Protamine sunt proteine cu caracter bazic pronunat datorit coninutului n aminoacizi bazici: lizin, histidin i mai ales arginin. Protaminele sunt proteine care se gsesc numai n regnul animal. Scleroproteine Scleroproteinele sunt proteine fibrilare, alctuite aproape exclusiv din aminoacizi monoaminomonocarboxilici. Ele au proprieti mecanice bune i un rol plastic i de susinere n organismele animale., sunt de consisten solid, sunt insolubile n ap, soluii acide sau bazice i sunt stabile fa de aciunea enzimelor proteolitice.

36

Heteroproteide Heteroproteidele sunt proteide complexe formate dintr-o

holoproteid i o grupare de natur neproteic numit grupare prostetic. Observaie: Gruparea prostetic se leag de componenta proteic prin legturi covalente, ionice, legturi de hidrogen sau fore Van der Waals, legturi care sunt mai slabe dect legturile peptidice. Prin hidroliz total pun n libertate aminoacizi i diferite grupri prostetice. Heteroproteidele se clasific n funcie de natura gruprii prostetice n - Fosfoproteide; - Glicoproteide; - Lipoproteide; - Cromoproteide; - Metalproteide; - Nucleoproteide; Fosfoproteide- sunt heteroproteide n care componenta prostetic este acidul ortofosforic legat esteric cu gruparea -OH din serin (cel mai frecvent) sau din treonin. Observaie: Fosfoproteidele au un caracter acid datorit restului fosforic din molecul. Sunt substane solide, insolubile n ap i n acizi. Se dizolv n baze diluate. Sunt substane care se gsesc n organismele animale i n microorganisme, in plante neientificndu-se dect n polenul de porumb. Cele mai importante fosfoproteide sunt cazeina din lapte i vitelina din glbenuul de ou. Glicoproteide- sunt heteroproteide n care componenta prostetic este format din glucide, de obicei poliglucide complexe. Ele sunt proteide caracteristice regnului animal, dar s-au identificat i n plante. Lipoproteide -sunt heteroproteide n care componenta prostetic este format din lipide (acizi grai, gliceride, lecitine, cefaline, etc.) se gsesc n toate organismele vegetale i animale. n lipoproteide legturile stabilite ntre lipide i partea proteic sunt de obicei de natur ionic i se stabilesc ntre grupe -COO- libere din proteine i grupe -NH3

+din colin sau restul fosforic al fosfolipidelor i -NH3

+ din protein. Lipoproteinele sunt substane de constituie ale celulelor, mitocondriilor, membranelor celulare. Metaloproteide- sunt heteroproteide care au ca grupare prostetic metale (Fe, Cu, Mg, Zn, Mn, etc.) Ele au un rol nsemnat n depozitarea i transportul diferitelor metale. Metalul sub form ionic este legat complex prin stabilirea unor legturi coordinative ntre metal i anumite grupri din componenta proteic. Dintre metalproteide cele mai importante sunt cele cu rol enzimatic. n cloroplaste se afl feredoxina, enzim care conine fier n molecul i are rol important n reaciile de oxido-reducere. Cromoproteide- sunt heteroproteide care au ca grupare prostetic o substan colorat. Se gsesc n toate organismele animale i vegetale, fiind universal rspndite n lumea vie. Dup structura gruprii prostetice cromoproteidele se mpart n - a) cromoproteide porfirinice, care au drept grupare prostetic un nucleu

porfirinic - b) cromoproteide neporfirinice

HN CH CO

CH2 O PO3H2

37

Dup rolul pe care l ndeplinesc n organism ambele grupe se mpart n cromoproteide cu funcie respiratorie i cromoproteide fr funcie respiratorie. a) Cromoproteide porfirinice

Aceast clas de cromoproteide are drept component prostetic un nucleu porfirinic. Din punct de vedere biochimic sunt importante cromoproteidele cu funcie respiratorie: hemoglobina, citocromii, catalazele, peroxidazele. La plante cromoproteidele feroporfirinice s-au identificat n boabele de gru, ovz, migdale, n drojdia de bere. Grupa cromoproteidelor porfirinice fr funcie respiratorie cuprinde cloroplastinele, ficoeritrinele i ficocianinele.

Toate cromoproteidele porfirinice au in gruparea prostetic un inel porfirinic, care se formeaz din patru nuclee pirolice unite prin grupri metinice. Prin introducerea unui atom de metal n interiorul porfirinelor se obine gruparea prostetic. Cromoproteidele se deosebesc ntre ele prin natura componentei proteice i prin atomul de metal din gruparea prostetic. Dintre cromoproteidele porfirinice fac parte i hemoglobina i cloroplastina. B) Cromoproteide neporfirinice

Sunt cromoproteide care conin o grupare prostetic colorat de natur neporfirinic. Din grupa cromoproteide neporfirinice cu funcie respiratorie fac parte hemocianinele, flavinenzimele. Hemocianinele conin cupru n molecul. Din grupa cromoproteide neporfirinice fr funcie respiratorie fac parte carotenoproteidele i flavinproteidele. Nucleoproteide- sunt heteroproteide formate dintr-o protein cu caracter bazic i o grupare prostetic constituit din acizi nucleici. Deoarece componenta proteic are in majoritatea cazurilor caracter bazic iar gruparea prostetic caracter acid pronunat, nucleoproteidele pot fi considerate sruri ale acizilor nucleici. Nucleoproteidele se clasific dup tipul acidului nucleic din constituia sa n ribonucleoproteide i deoxiribonucleoproteide. Se gsesc n toate celulele vegetale i animale, n protoplasm i n lichidele biologice, formeaz masa principal a nucleelor celulare i a materialului cromatic.

TEST DE EVALUARE

1. Cum se clasific heteroproteidele dup natura gruprii prostetice? Rspuns: Dup natura gruprii prostetice heteroproteidele se clasific n:

fosfoproteide, glicoproteide, lipoproteide, cromoproteide, metalproteide i

nucleoproteide;

2. Cum se clasific holoproteidele dup caracterul lor chimic i dup solubilitate? Rspuns:

Exerciii. Exemplu rezolvat: 1. Care dintre urmtoarele afirmaii sunt adevrate?

38

a) n fosfoproteide componenta prostetic este acidul ortofosforic legat esteric de gruparea -OH din serin b) fosfoproteidele au caracter bazic c) glicoproteidele au drept component prostetic glicerolul d) globulinele sunt proteine cu caracter bazic foarte uor solubile in ap e) globulinele sunt proteine cu caracter acid, greu solubile in ap

Rezolvare : a, e De rezolvat: 2. Care dintre urmtoarele afirmaii sunt adevrate?

a) albuminele sunt proteine cu caracter acid solubile in ap b) globulinele sunt proteine cu caracter acid, solubile in soluii de sruri c) glutelinele sunt proteine cu caracter acid i au coninut ridicat de acid glutamic d) nucleoproteidele au drept component prostetic acizi nucleici e) nucleoproteidele au drept component prostetic nuclee aromatice

Rezolvare :

Rezumatul temei

Protidele sunt cele mai rspndite biomolecule din celulele vii. Ele sunt eseniale pentru toate aspectele structurii i funciilor celulare. Cea mai mare parte din informaia genetic este exprimat prin proteine. Structura moleculelor proteice i relaia structurii cu funcia lor biologic i cu activitatea lor sunt probleme centrale ale biochimiei.

Proteinele au o structur polipeptidic. Complexitatea proteinelor a impus introducerea mai multor trepte de organizare structural denumite structur primar, secundar, teriar i cuaternar astfel c structura de ansamblu a unei proteine este dat de existena i interaciunea acestor structuri. ntre aceste nivele de organizare structural exist interdependen i mpreun determin particularitile structurale i proprietile funcionale specifice fiecrei proteine.

Structura primar este dat de numrul, felul i secvena resturilor aminoacizilor din molecul. Structura secundar definete orientarea spaial a lanului polipeptidic. Structura teriar reprezint un stadiu avansat de organizare spaial a proteinelor i const n replierea catenelor polipeptidice elicoidale asupra lor nile. Structura teriar se constituie pe baza unor legiti i este meninut prin stabilirea unor legturi i interaciuni diferite. Structura cuaternar a unei proteine oligomere indic modul n care lanurile polipeptidice individuale, se asociaz, se asambleaz pentru a realiza structura proteinei date, structura sa funcional.

Proteinele dau numeroase reacii chimice datorit gruprilor amino i carboxil libere ale aminoacizilor constitueni, legturii peptidice i diferiilor radicali din molecul. Datorit complexitii structurii lor, clasificarea proteinelor nu se poate face dup un criteriu unic. La baza clasificrii stau de obicei dou criterii: conformaia tridimensional (globulare i fibrilare) i constituia lor chimic.

39

Tema nr. 4 ACIZI NUCLEICI

Uniti de nvare :

Structura bazelor azotate. Structura nucleozidelor si nucleotidelor.

Tipuri de acizi nucleici Obiectivele temei :

- Cunoaterea si studiul principalilor componeni ai acizilor nucleici

- Cunoaterea aspectelor biochimice privind proprietile si rolul metabolic al acizilor nucleici

- Explicarea si interpretarea corecta a structurii lanului polinucleotidic Timpul alocat temei : 4 ore Bibliografie recomandat :

1. Babeanu C., 2003, - Biochimie vegetal, Ed Universitaria, Craiova 2. Babeanu C., 2010, Biochimie. Manual universitar pentru nvmntul la distan. Editura Universitaria, Craiova 3. Campbell P.N, Smith A. D., 2004- Biochimie ilustrat, Ed. Academiei Romane, Bucuresti 4. Dumitru I. F., Biochimie, 1980, Ed Didactic si Pedagogic, Bucuresti 5. Marinescu G., Glodeanu E., 1995- Biochimie General, Ed. Universitaria, Craiova 4.1 Structura bazelor azotate. Structura nucleozidelor si nucleotidelor.

Acizii nucleici sunt din punct de vedere chimic, produi de

policondensare ai nucleotidelor. Se cunosc dou tipuri de acizi nucleici: acizi dezoxiribonucleici (ADN) i acizi ribonucleici. Att ADN ct i ARN sunt macromolecule informaionale care permit stocarea, transmiterea i exprimarea informaiei genetice. Molecula de ADN reprezint baza molecular a ereditii, ea conine informaia genetic cu privire la biosinteza proteinelor. Coninutul informaional al ADN, nscris n secvena nucleotidelor, permite specificarea fiecrei proteine, determin individualitatea organismului.

Reinem: Acizii nucleici sunt substane macromoleculare a cror unitate de baz este nucleotidul. Hidroliza acid a acizilor nucleici formeaz baze azotate, pentoze i acid fosforic.

Pentoza din structura acizilor ribonucleici este D- riboza, iar cea din structura acizilor dezoxiribonucleici este D-2dezoxi riboza. n structura acizilor nucleici pentozele se gsesc sub form ciclic, furanozic.

40

-riboza 2-dezoxi--riboza Bazele azotate din structura acizilor nucleici

Bazele azotate care intr n structura acizilor nucleici deriv din dou structuri heterociclice: purina i pirimidina. Pirimidin Purin

Bazele purinice din structura acizilor nucleici sunt adenina (6 amino-purina) i guanina (2-amino-6-hidroxipurina) Ca baze pirimidinice s-au identificat trei baze majore: uracilul (2,4-dihidroxi-pirimidin), timin (2,4-dihidroxi-5-metil-pirimidin) i citozin (2-hidroxi-4amino- pirimidin) Citozina Uracil Timina Adenina Guanina

Bazele purinice i pirimidinice prezint fenomenul de tautomerie. Bazele azotate prezint tautomerie lactam-lactim.

Observaie: La pH-ul fiziologic predomin forma lactam. Bazele azotate care nu conin OH prezint i ele tautomerie imino-amino, dar echilibrul este deplasat spre forma amino, mai stabil.

forma lactam forma lactim

N

N

NH2

HO

N

NHO

OH

N

N

OH

HO

CH3

N

N N

N

H

OH

H2N

H

N

N

N

N

NH2

N

NH

N

N

N

N

OH2CHOOH

OHOH

HO H2CO

HOH

OH

C NH C N

O OH

41

Nucleozide Nucleozidele sunt compui care rezult prin stabilirea unei legturi

N-glicozidice ntre hidroxilul semiacetalic (de la C1) al pentozei i atomul de azot din poziia 9 a unei baze purinice sau din poziia 3 a unei baze pirimidinice. Bazele azotate se leag glicozidic de pentoz. Ribonucleozidele conin ca pentoz riboza iar dezoxiribonucleozidele conin 2-dezoxiriboza. n structura nucleozidelor atomii de carbon ai pentozei se noteaz cu 1'-5' pentru a se deosebi de cei ai bazelor azotate.

Adenozina Guanozina

Uridina Citidina Dezoxitimidina n funcie de structura bazei azotate componente se cunosc

urmtoarele nucleozide: citidina, uridina, timidina, adenozina, guanozina. Observaie: Denumirea nucleozidelor provine de la denumirea bazei azotate la care se adaug sufixul idin pentru derivaii pirimidinici i ozin pentru cei purinici. Dezoxiribonucleozidele se denumesc adugnd prefixul dezoxi la numele ribonucleozidului corespunztor. Nucleozidele libere se gsesc doar n urme, ca produi de hidroliz ai nucleotidelor. Hidroliza enzimatic a ambelor tipuri de nucleozide are loc sub aciunea nucleozidazelor.

Nucleotide

Nucleotidele sunt esteri fosforici ai nucleozidelor n care acidul fosforic este esterificat la gruparea alcool de la C5', C3' sau C2' ai ribozei sau C5' sau C3' ai dezoxiribozei. n structura acizilor nucleici intr predominant nucleozid 5' fosfai.

Dezoxiguanozin- 5'-monofosfat (dGMP) Guanozin- 5'-monofosfat (GMP) (Acid dezoxiguanilic) Acid guanilic

42

Adenozin -5'-monofosfat (AMP)

(Acid adenilic)

Observaie: Deoarece nucleotidele conin un rest de acid fosforic, ele au caracter acid i se mai numesc acizi nucleozid-5'-monofosforici. Principalele nucleotide care intr n structura ARN sunt: citidin-5'-monofosfatul, uridin-5'-monofosfatul, adenozin-5'-monofosfatul, i guanozin-5'-monofosfatul. Principalele dezoxiribonucleotide din structura ADN sunt dezoxicitidin-5'-monofosfatul(dCMP),dezoxitimidin-5'-monofosfatul(dTMP) dezoxiadenozin-5'-monofosfatul (dAMP), i dezoxiguanozin-5'-monofosfatul(dGMP).

Dezoxicitidin 5'-monofosfatul (dCMP) Citidin 5'-monofosfatul (CMP) Acid dezoxicitidilic Acid citidilic

Uridin 5'-monofosfatul (UMP) Dezoxitimidin 5'-monofosfatul (dTMP) Acid uridilic Acid dezoxitimidinic

43

Dac un nucleozid sau un dezoxinucleozid este di sau trifosforilat se obin nucleozid sau dezoxinucleozid di i trifosfai. De exemplu n cazul adeninei se obin adenozin-difosfatul (ADP) i adenozin-trifosfatul (ATP).

Resturile de acizi fosforici sunt unite prin legturi macroergice (legturi cu energie ridicat).

Nucleotidele rezult prin hidroliza parial a acizilor nucleici dar se

gsesc i libere n celule unde ndeplinesc funcii biochimice importante. Alturi de nucleozid 5'-fosfaii descrii mai exist i nucleotide care conin grupri fosfat n alte poziii. Astfel exist ribonucleozid 2',3' fosfai ciclici i ribonucleozid 3'- fosfai cu rol biochimic important. Acidul adenozin 3', 5' monofosforic ciclic (AMPc) i acidul guanozin 3', 5' monofosforic ciclic (GMPc) au roluri importante n n mecanismele de aciune ale hormonilor la nivel celular. La plante este nc controversat rolul regulator al AMPc i GMPc, prin analogie cu celula animal. Nucleotidele intr i n constituia unor coenzime cum sunt nicotinamid-dinucleotidele (NAD+, NADH+H+, NADP+) sau flavinadenin-dinucleotidele (FAD, FADH2) implicate n procesele oxidoreductoare ale respiraiei celulare.

TEST DE EVALUARE

Care sunt compuii care se formeaz la hidroliza nucleotidelor? Rspuns: La hidroliza nucleotidelor rezult baze azotate, pentoze i acid fosforic.

2. Care sunt substanele care intr n constituia nucleozidelor? Rspuns:

Exerciii. Exemplu rezolvat: 1. Care dintre urmtoarele substane intr n constituia acizilor nucleici?

a) uracil si timin b) timin si riboz c) ribuloz i dezoxiriboz d) adenin si guanin e) citozin si dezoxiglucoz

44

Rezolvare: a, b, d De rezolvat: 2. Care dintre urmtoarele afirmaii sunt adevrate?

a) acizii nucleici sunt produi de policondensare ai nucleotidelor b) pentoza din structura acizilor ribonucleici este fructofuranoza c) bazele purinice din structura acizilor nucleici sunt adenina i guanina d) bazele azotate se leag amidic de pentoz. e) bazele azotate se leag glicozidic de pentoz.

Rezolvare :

4.2 Tipuri de acizi nucleici

Acizii nucleici sunt polinucleotide rezultate din policondensarea

nucleotidelor, care se succed n lan. Gruparea 5' hidroxi a unui nucleotid este legat la gruparea 3' hidroxi a nucleotidului urmtor prin legtur fosfat diesteric. Orice caten polinucleotidic are o direcie specific, n sensul c toate legturile internucleotidice au aceeai orientare de-a lungul lanului. Fiecare caten polinucleotidic va avea dou capete: captul 5', la care gruparea -OH de la C5' este liber i captul 3', la care gruparea -OH de la C3' nu este angajat ntr-o legtur internucleotidic. Lanurile de dezoxiribonucleotide legate covalent formeaz acidul dezoxiribonucleic (ADN) iar lanurile de ribonucleotide legate covalent formeaz acizii ribonucleici. Acizii Dezoxiribonucleici

ADN-ul conine patru baze azotate i anume: adenina, guanina, timina i citozina. n secvena nucleotidelor din molecula de ADN este nscris informaia genetic pe care acestea o cuprind, astfel nct succesiunea a trei baze din structura ADN codific includerea unui anumit aminoacid n biosinteza proteinelor. Structura primar a ADN este reprezentat de lanul de polidezoxiribonucleotide, caracterizat prin natura, proporia i secvena nucleotidelor constituente.

Figura 3. Structura primar a unui lan polinucleotidic dezoxiribonucleic. (fragment de ADN)

HH

CH2

H

H

OH H

O

HH

CH2

H

H

H

O

Baza

Baza

HO O

O

O

P

P

O

O

OHO

BazaO

H

H

H

H2C

HH

P

O

O

OHO

BazaO

H

H

H

H2C

HH

P

O

OHO

45

I.D.Watson, F. Willkins i F.H.C.Crick, n 1953, pe baza unor date experimentale privind spectrometria cu raze X propun pentru ADN structura de dublu helix. Modelul este confirmat ulterior de numeroase date experimentale fapt pentru care aceti cercettori au primit premiul Nobel. Reinem: Analiza cromatografic efectuat pe molecule de AND stabilete o anumit relaie cantitativ ntre cele patru baze azotate. n toate tipurile de ADN studiate s-a demonstrat c bazele purinice i pirimidinice se gsesc n cantiti echimoleculare, A+G=T+C i A/T=1, G/C=1. Molecula de ADN este format din dou lanuri polinucleotidice comple

Biochimie Manual

Documents

Transcript of Biochimie Manual