1

1. Proteine

Sunt cele mai abundente macromolecule din celulele organismelor vii;Se disting prin mare diversitate structurală şi funcţională;Toate proteinele sunt constituite din 20 de aminoacizi, legaţi covalent în secvenţe specifice.

Aminoacizii

Aminoacizii prezenţi în structura proteinelor (20) sunt specificaţi de codul genetic şi sunt denumiţi aa standard, primari, normali sau proteinogeni.Aa. naturali sunt α-aa în care gruparea carboxil şi amino sunt legate la acelaşi atom de carbon Cα;

Proprietăţile aminoacizilor sunt determinate de grupările care sunt grefate pe atomul de carbon din poziţia α. La acest atom de carbon se disting următoarele grupări:a) gruparea amino-grupare protonată (-NH3

+) în condiţii de pH fiziologic;

b) gruparea carboxil-grupare deprotonată (-COO-) în condiţii de pH fiziologic; c) catena laterală R-conferă proprietăţi specifice aminoacizilor, fiind responsabilă şi de asimetria atomului de carbon din poziţia α.

2

Aminoacizi cu R alifatic

Glicina Gly – G

Alanina Ala – A

Valina Val – V

LeucinaLeu – L

Izoleucina Ile – 

I

Aminoacizicu grup. hidroxil in R

SerinaSer – 

S

Treonina Thr –

 T

Aminoacizi cu S in R

Cisteina Cys – C

Metionina Met – M

Clasificarea după structura chimică În funcţie de grupările din cadrul structurii generale (R) , aminoacizii se pot clasifica astfel:

3

Aminoacizi dicarboxilici si amidele lor

Acid aspartic

Asp – D

Asparagina Asn – 

N

Acid Glutamic

Glu – E

Glutamina Gln – 

Q

Aminoacizi diaminomonocarboxilici (cu caracter basic)

ArgininaArg – R

LizinaLys – K

Histidina His – H

4

Aminoacizi cu nucleu aromatic in R

Fenilalanina Phe – F

Tirozina Tyr – Y

Triptofan Trp – W

Iminoacizi (aa cu R in ciclu si grupare imino)

Prolina Pro – P

5

Aminoacizi neproteinogeni- aminoacizii care nu intră în compozitia proteinelor:-ornitina şi citrulina -apar în ciclului ureei;-homocisteina;-Acid γ-aminobutiric GABA- rol de neurotransmiţător--acid p-aminobenzoic- component al acidului folic-5-hidroxi-triptofan – un precursor al serotoninei şi un intermediar în metabolismul triptofanului;-homoserina este un intermediar al catabolismului metioninei;-taurina intră în componenţa acizilor biliari;-β-Alanina este parte a coenzimei A.

Aminoacizii esenţiali nu pot fi sintetizaţi de organismul uman•Aminoacizii care nu pot fi sintetizaţi de organismul uman, şi ca atare pot fi suplimentaţi prin aport alimentar, poartă se numesc aminoacizi esenţiali. Pentru organismul uman sunt aa esenţiali: valina, leucina, izoleucina, fenilalanina, triptofan, lisina, metionina şi treonina. •Ceilalţi aminoacizi, pot fi sintetizaţi de organismul uman plecând de la aminoacizii esenţiali sau prin scindarea proteinelor, şi sunt denumiti neesenţiali: alanina, asparagina, aspartat, glutamat, glutamina, glicina, prolina, serina, arginina, histidina. •Aminoacizii semiesenţiali se pot forma în organism din metionină şi fenilalanină: cisteina, tirozina.

6

Proprietăţile aminoacizilor

Proprietăţi fiziceAa sunt substanţe solide, cristaline, cu puncte de topire ridicate, solubili în solvenţi polari (apă, etanol) şi insolubili în solvenţi nepolari (eter, cloroform, benzen);Toţi α-aa, cu excepţia Gly prezintă izomerie optică, datorită prezenţei atomului de C asimetric (cele 4 valenţe sunt realizate de substituenţi diferiţi) , ceea ce determină apariţia stereoizomerilor optic activi. Nr. maxim de stereoizomeri ai unui compus cu n atomi de C asimetrici în moleculă este 2n . Compuşii optic acivi sunt împărţiţi în 2 serii D şi L, după înrudirea conformaţională cu glicerina. Aa cu configuraţia atomului Cα identică cu a C* din D-gliceralidehidă aparţin seriei sterice D, iar cei cu configuraţia atomului Cα identică cu a C* din L-gliceralidehidă aparţin seriei sterice L.Aa naturali aparţin seriei L (L-α aa); D-aa apar ocazional în organism: celule canceroase, bacterii antibiotice).

7

Proprietăţi acido-bazice •Între gruparea acidă şi cea bazică există un transfer de protoni

Aa au caracter amfoter, în mediu acid se comportă ca bază iar în mediu bazic ca acid Echilibrul reacţiei este deplasat spre dreapta, atât în cristale cât şi în soluţie.

•Capacitatea de tampon- capacitatea de a se opune modificării pH-ului soluţiei la adăugarea de acizi sau baze în cantităţi limitate.•Pentru caracterizarea capacităţii de tampon se utilizează exponenţi de aciditate pKapKa= -logKa , Ka este constanta de aciditate•În funcţie de pH-ul soluţiei, aa sunt sub formă de cationi, anioni sau amfioni.

8

pH izoelectric•pH-ul la care aa este sub formă de amfion şi are sarcina netă nulă se numeşte pH izoelectric (pHi sau pI)•La acest pH aa au solubilitate minimă şi nu migrează în câmp electric.

•La pH<pI aa este încărcat pozitiv•La pH>pI aa este încărcat negativ

Pentru aa monoamino-monocarboxilici pI este dat de semisuma valorilor pKa ale grupărilor α-COOH şi α-NH3

Considerăm reacţia de disociere:HA = A- + H+

pI= pKα-COOH + pKα-NH3 / 2

Pentru aa care conţin grupări acide sau bazice în catena laterală, pI este dat de semisuma valorilor pKa ale speciilor care generează amfionul.

9

Proprietăţile chimice ale aminoacizilor

1. Reacţii ale grupării –COOHDecarboxilarea aminoacizilorR-CH-COOH R-CH2-NH2 +

CO2

NH2 amină biogenă

His HistaminăGlu GABA

Aminoacizii participă la reacţii ale grupărilor –NH2 şi –COOH comune tuturor aminoacizilor şi la reacţii specifice grupărilor prezente în R.

2. Reacţii ale grupării –NH2Reacţii de condensare cu compuşi carbonilici cu formare de azometineR-CH-COOH + R-C=O R-CH-COOH

NH2 H (R’) N=CH(R’)-RReacţia de alchilare (metilare) cu formare de betaineR-CH-COOH + CH3X R-CH-COO-

NH2 -3HX N(CH3)3

10

Reacţia de acilare rezultând amide N-substituiteC6H5-COOH + H2N-CH2-COOH C6H5-CO-NH-CH2-COOHAcid benzoic glicina -H2O benzoil glicina (acid hipuric)

Reacţii de dezaminare cu îndepărtarea grupării amino, sub formă de amoniaca.Dezaminarea reductivăR-CH-COOH + 2H R-CH2-COOH + NH3

NH2 acid carboxilic

b. Dezaminarea oxidativăR-CH-COOH R-C-COOH R-C-COOH + NH3

NH2 -2H NH O iminoacid cetoacidc. Dezaminare hidroliticăR-CH-COOH + HOH R-CH-COOH + NH3

NH2 OH α-hidroxiacid

11

3. Reacţii ale grupărilor funcţionale de la Cα

Reacţia cu NH3 cu formare de amideEx. – reacţia de formare a glutaminei, care transportă amoniacul şi-i reduce toxicitatea

+ NH3 + ATP + ADP

Acid glutamic glutamina

Reacţii ale grupărilor –OH cu formare de esteri Aa. Ser, Thr, Tyr formează cu acidul fosforic esteri fosforici care au roluri biologice.Reacţii ale nucleelor aromatice (halogenarea)Reacţii ale grupării –SH

Cys Cistina (prin oxidare blândă)Cys Taurina (oxidare energică)

Formarea de săruri ale metalelor grele (Ag, Hg) mercaptide

R-SH +AgNO3 R-SAg + HNO3

12

4.Reacţia de condensare a aa cu formare de peptide

- Legătura peptidică este o legătură de tip amidic, formată prin eliminarea unei moleule de apă între gruparea –COOH a unui aa şi gruparea –NH3 a altui aa

13

Peptide

Peptidele sunt compuşi formaţi prin reacţia de condensare a doi sau mai mulţi aminoacizi. În urma eliminării unei molecule de apă între primul aminoacid şi aminoacidul următor se formează o legătură peptidică. După nr. aa. prezenţi în peptide , ele se clasifică în:•Oligopeptide (2-10 resturi aa)•Polipeptide (10-60 resturi aa)

Prin convenţie, lanţul polipeptidic se scrie de la stânga la dreapta, începând cu capătul N-terminal (aa cu gruparea –NH2 liberă) şi se termină cu cel C-terminal (aa cu gruparea –COOH liberă).

Peptide cu importanţă biomedicalăHormoni: insulina, glucagonul, hormoni hipotalamici şi hipofizariNeurotransmiţătoriAntibiotice Agenţi antitumoraliAngiotensina-care duce la creşterea presiunii arteriale datorită efectului vasoconstrictor

14

Glutationul (γ-glutamil-cisteinil-glicina) - tripeptid atipic ubicuitar în lumea vie-Realizează protecţia organismului faţă de stresul oxidativ, prin trecerea din stare redusă în stare oxidată

- 2GSH GS-SG

-Participă la descompunerea apei oxigenate, reacţie catalizată de glutation peroxidază

- 2GSH + H2O2 GS-SG + 2H2O

-Reprezintă un mecanism de apărare eficient împotriva unor compuşi toxici (carcinogeni, medicamente)

-Este un reducător celular important contribuind la menţinerea grupărilor –SH ale enzimelor în stare redusă

-Are rol în transportul aa prin membrana celulară în jejun şi rinichi

15

•Proteinele sunt macromolecule din celulele organismelor vii care se disting printr-o mare variabilitate structurală şi funcţională. Toate proteinele sunt alcătuite din 20 de aminoacizi legaţi covalent prin legătură peptidică.• Polipeptide care conţin un număr mare de aminoacizi (sute şi mii)•Proteinele pot fi monomere (conţin un lanţ polipeptidic) şi oligomere sau multimere (formate din mai mulţi protomeri sau subunităţi)•Din punct de vedere structural, proteinele prezintă 4 nivele de organizare: structură primară, secundară, terţiară şi cuaternară.

Proteine

Funcţiile proteinelor• Structural- toate componentele celulare şi subcelulare sunt constituite din proteine;•Catalitic- toate enzimele sunt proteine;•Reglatoare- implicate în stocarea şi transmiterea mesajelor chimice;•Transport şi depozitare a unor molecule: ioni metalici, vitamine, hormoni liposolubili, medicamente, etc;•Apărarea organismului de agenţi infecţioşi;•Contractil şi locomotor;

16

Structura primară a proteinelor

Secvenţa liniară a aa din componenţa unei proteine reprezintă structura primară a acesteia

Structura primară precizează numărul, felul şi ordinea în care se succed aminoacizii în molecula proteică (lanţul polipeptidic).

Redă totalitatea legăturilor covalente din moleculă- se numeşte structură covalentă

Ea este codificată în genom şi determină:1. proprietăţile fizico-chimice ale proteinei;2. celelalte structuri în ordine ierarhică (configuraţia proteinei)

17

Structura secundară a proteinelor

•Structura secundară descrie modul de aranjare a unui lanţ polipeptidic prin interacţiuni care se pot stabili între grupările peptidice din lanţ•Este periodică, deoarece gruparea peptidică din lanţ este periodică•Atomii Cα vor adopta poziţii rigide faţă de planul legăturii duble, în peptidele naturale fiind prezentă numai config. trans, mai stabilă•Gruparea –NH poate forma o legătură de hidrogen cu gruparea =C=O aparţinând altei legături peptidice•Este determinată de modul în care se realizează legăturile de hidrogen- aranjamentul cel mai stabil este acela în care se realizează numărul maxim de legături de hidrogen

•Este de două feluri:1. Structura α-helix2.Structura β-foaie pliată

-C=O..........H-N-CH-R-O-H..........O=CH-R=N-H......N-R

18

1. Structura secundară α-helix

Structura α-helix- lanţul polipeptidic este răsucit elicoidal de la stânga la dreapta în jurul unui ax imaginar, în aşa fel încât grupările -NH şi >C=O devin adiacente stereochimic şi pot forma leg. de hidrogen

- O grupare -NH formează o punte de hidrogen cu gruparea al celui de-al 4-lea rest de aa din secvenţa liniară >C=O

- fiecare spiră a unui α-helix conţine 3,6 resturi aa -legăturile de hidrogen sunt paralele cu axul

cilindrului

- radicalii R sunt orientaţi spre exteriorul elicei

-aminoacizi destabilizatori (au catene ramificate): Val, Ile, Thr, Ser

- Cys şi Pro împiedică răsucirea elicoidală a lanţului polipeptidic

Structura α-helix se găseşte în proporţii diferite în proteine: mioglobină şi hemoglobină-70%, cheratină-100%

19

2. Structura secundară β (foaie pliată)

•Legăturile de hidrogen sunt intercatenare şi numărul max. de leg. de hidrogen se realizează când lanţurile polipetidice evoluează antiparalel (unul de la capătul N-terminal spre cel C-terminal, iar celălalt invers)

•Apar structuri asemănătoare unei foi pliate•R sunt orientaţi alternativ, de o parte şi de alta a planului leg. peptidice

•Acest tip de structură apare în proteinele fibrilare (separat) sau împreună cu α-helix

•La proteinele globulare apare structura β, fie între segmentele aceluiaşi lanţ, fie aparţinând unor lanţuri diferite, prin schimbarea bruscă a direcţiei lanţului polipeptidic- răsucire β sau răsucire în “ac de păr”

20

Structura terţiară a proteinelor

Acest nivel de organizare descrie modul de aranjare în spaţiu Este determinat de interacţiunile dintre radicalii R (nr. şi felul interacţiunilor)

La acest nivel de organizarea proteina dobândeşte conformaţia sa nativă, funcţională

Catenele laterale hidrofobe sunt dispuse în interiorul moleculei, iar grupările hidrofile sunt la exteriorul moleculei

Tipuri de legături necovalente stabilite între radicalii R ai aa.:1.legături ionice, între radicali cu sarcini negative (aspartil, glutamil) şi cei cu sarcini pozitive (lizil, histidil, arginil)

2.Interacţiuni hidrofobe între radicalii aa nepolari (valil, alanil, leucil, izoleucil, fenilelanil)

3.Legături disulfidice, între resturile cisteinil

4. Legături de hidrogen ăntre radicalii cu grupări -OH (seril, treonil), amidice (glutamil, asparagil,), fenolice (tirozil)

21

Mioglobina

Mioglobina este o hemoproteină monomer, a cărei structura superioară de organizare este structura terţiară. Mioglobina se găseşte în muşchiul cardiac şi striat şi reprezintă un deposit tisular de oxigenEste considerată cel mai sensibil indicator al infarctului miocardicConţine un singur lanţ polipepdic, 153 resturi aa şi o grupare prostetică hemLanţul cuprinde 8 segmente elicoidale (A, B, C..H)-75%Acestea sunt separate de joncţiuni neelicoidale, la nivelul cărora lanţul îşi schimbă direcţiaRadicalii polari (hidrofili) sunt orientaţi spre exteriorul moleculei iar radicalii nepolari (hidrofobi) spre interior, unde formează un buzunar hidrofob (se găseşte hemul)Miezul hidrofob al moleculei, unde se găseşte gruparea hem este esenţial pentru menţinerea stării de oxidare a Fe+2 şi deci a funcţiei Mb.

22

Structura cuaternară a proteinelor

Lanţurile polipeptidice individuale se numesc monomeri, protomeri sau subunităţi

Proteinele care au în structură mai mulţi protomeri prezintă ca nivel superior de organizare structura cuaternară

Structura cuaternară descrie modalităţile de interacţiune ale subunităţilor (monomeri) care alcătuiesc o proteină oligomeră (multimeră)

Ea este determinată de legături slabe, necovalente: legături de hidrogen, ionice, interacţiuni hidrofobe

Acestea se manifestă la nivelul suprafeţelor complementare ale monomerilor

Structura cuaternară indică numărul şi felul protomerilor, natura interacţiunilor şi conformaţia în ansamblu a proteinei oligomere.

Funcţia specifică a unei proteine oligomere se manifestă numai la nivelul structurii cuaternare, protomerii separaţi fiind inactivi

23

24

Hemoglobina

Hemoglobina este o hemoproteină oligomeră, un tetramer format din două tipuri de protomeri: α, β, γ, δ şi SSe găseşte în hematii

Structura hemoglobinei: α2β2 (HbA1), α2γ2 (HbF), α2ε2

(HbE)

Fiecare protomer este format dintr-un lanţ polipeptidic legat de o grupare prostetică, hem

În HbA1:lanţurile α conţin 141 resturi aa iar cele β 146 resturi aa

Subunităţile α şi β ale Hb au o conformaţie asemănătoare cu a Mb; fiecare subunitate conţine un buzunar hidrofob, pentru hem.Organismul conţine 750 g Hb

25

Hemul•Este o structură heterociclică asociată cu Fe+2

• nucleul de bază al hemului este porfinogenul, format din 4 nuclee pirolice unite prin punţi metinice•Protoporfirina IX din hemul hemoproteinelor are ca substituenţi 4 radicali metil, 2 radicali vinil si 2 resturi de acid propionic•Hemul este complexul protoporfirinei IX cu Fe+2

•În hemoproteine, ionul Fe+2, situat în centrul moleculei plane a porfirinei este hexacoordinat: formează 4 legături covalente cu ionii de N şi 2 legături coordinative cu 2 liganzi externi, situaţi de o parte şi de alta aplanului tetrapirolic•În Mb şi Hb cei doi liganzi externi sunt reprezentaţi de 2 resturi histidil, His proximal şi His distal din globină•În formele oxigenate, molecula de O2 se interpune între şi Fe+2 His distal (His din E7), care are rolul de a proteja, în formele neoxigenate, Fe+2 de agenţii oxidanţi•Menţinerea stării de oxidare a Fe+2 este esenţială în exercitarea funcţiilor Hb

26

Structura cuaternară a Hb diferă în cele două stări din cauza poziţiei ocupate de His proximală F8 (poz 8 în helixul F al globinei):Starea oxigenată este denumită R (relaxată)Starea deoxigenată – T (tensionată)

27

transportă 4O2 de la plămâni la ţesuturi, CO2 şi H+ de la ţesuturi la plămâni formează un sistem tampon sanguin.

Curba de oxigenare a Mb şi Hb indică: -Mb are o afinitate crescută pentru oxigen şi graficul este o hiperbolăLa presiuni scăzute ale oxigenului, saturarea Mb este de 50%Aspetul curbei de oxigenarea a Hb este sigmoidHb este foarte eficientă în legarea oxigenului la presiuni f mari ale oxigenuluiAspectul curbei de oxigenare a Hb se datorează efectului de cooperare între subunităţi; acesta explică eficinţa Hb în transportul şi cedarea oxigenuluiDeoxihemoglobina este un acid mai slab decât oxihemoglobina, deci are o afinitate mai mare ptr. H+ Hb2 H+ + 4 O2 = Hb (O2 )4 + 2 H+

Funcţiile hemoglobinei

28

Transportul CO2 format din ciclul Krebs de la tesuturi la plămâni de către Hb se realizează:

15% din CO2 este transportat sub formă de carbaminHb protonii eliberaţi în urma reacţiei participă la efectul Bohr

CO2+ Hb-NH3+ 2H+ +Hb-NH-COO-

85% din CO2 se combină în eritrocit cu apa şi formează acid carbonic.

29

Efectul Bohr

Influenţa pH-ului şi a CO2 asupra oxigenării Hb se numeşte efect BohrAbilitatea Hb de a lega O2 scade cu creşterea acidităţii, scăderea pH-ului

determinând eliberarea O2 la aceeaşi pO2 Creşterea pH-ului împiedică deoxigenarea Hb

În ţesuturi pO2 este scăzută comparativ cu cu cea din plămâni

CO2 + H2O H2CO3

H2CO3 HCO 3

- + H+

Ionul de H generat contribuie la scăderea pH-ului

Schema efectului Bohr:

HbO2 + H+ HbH + O2

Creşterea conc. protonilor (sau scăderea pO2 ) generează devierea către dreapta a ecuaţiei (obţinerea de deoxiHb) în timp ce scăderea conc. protonilor (sau creşterea pO2) duce la devierea către stânga a ecuaţiei.

30

Efectul 2,3-bisfosfogliceratului asupra afinităţii pentru oxigen

2,3-bFG este un reglator important al legării O2 la HbReprezintă fosfatul anorganic cel mai abundent din hematiiEste intermediar glicoliticReduce afinitatea pentru O2 a Hb ptr că se leagă la deoxiHb şi nu la oxiHb

HbO2 + 2,3bFG Hb-2,3-bFG + O2

Hemoglobinopatiile –sunt boli genetice care apar din cauza unor mutaţii care alterează structura lanţului polipeptidic: anemia falciformă (HbS), hemoglobinopatia C (HbC), talasemiile.

31

Proprietăţile proteinelor

1. Solubilitatea Prot. fibrilare sunt insolubile în apă iar cele globulare prezintă diferite grade de

solubilitateSolubilitatea în apă este influenţată de : -pH, care modifică încărcarea electrică a proteinei - săruri ale metalelor uşoare: NaCl, MgCl2, Na2SO4, (NH4)2SO4 - care măresc solub.

proteinei la conc. mici. La conc. mari, acestea scad solub. prot. determinănd precipitarea proteinelor, fenomen numit salifiere.

- globulinele precipită în soluţii semisaturate de (NH4)2SO4 iar albuminle în sol. saturate.2. Proprităţi acido-bazice

-la pH fiziologic proteina este poliamfolit, propr. sale fiind determinate de resturile de aa - pI la proteine reprezintă pH-ul sol. la care prot. are sarcină electrică nulă - la pI solubilitatea şi mobilitatea proteinei în câmp electric sunt minime - dependenţa încărcării electrice de pH constituie principiul electroforezei proteinelor - structura de poliamfolit explică capacitatea de tampon a proteinelor pe o scară largă de pH; tamponarea sângelui este asigurată în proporţie de 80% de proteine (60% de Hb şi 20% de albumine şi globuline)

3. Denaturarea proteinelor – modificarea conformaţiei native şi este produsă de agenţi denaturanţi: chimici (pH-uri extreme, urea, guanidina) şi fizici (temperaturi de 50-60°C, radiaţii cu frecvenţă mare)

32

Clasificarea proteinelor

Clasificarea proteinelor se face în funcţie de:

•structură: simple (holoproteine) –prin hidroliză eliberează numai aa proteine globulare (solubile): protamine, histone, albumine, globulineproteine fibrilare (insolubile): colagen, elastină, keratină conjugate (heteroproteine) – prin hidroliză eliberează aa şi compuşi de natură neproteică (grupări prostetice)

•natura grupării prostetice: glicoproteine (imunoglobuline, interferon), lipoproteine (LDL şi HDL), metaloproteine (feritina, calmodulina), nucleoproteine, cromoproteine, fosfoproteine (cazeina),etc

•localizare: plasmatice, musculare, hepatice, etc

•funcţie: enzime, proteine de transport, hormonale, contractile, etc.

•solubilitate: solubile şi insolubile

33

Proteinele plasmatice

Concentraţia normală a proteinelor plasmatice este de 6-8g/100ml ser sau plasmă. Prin electroforeza proteinelor plasmatice se separă 5 fracţii proteice:• albumina (50-60%)• globulinele α1 (5-7%), α2 (6-10%), β (8-13%) şi γ (10-18%).

În salivă proteinele se găsesc într-o conc. de 35 de ori mai mică faţă de plasmă şi au rol antibacterian.

1. Albumina este componenta majoră a plasmei Structură: lanţ polipeptidic cu 601 resturi de aapI este 4,9 datorită numeroaselor resturi aspartil şi glutamilRol: - menţinerea presiunii coloid-osmotice a plasmei; - transportă metaboliţi, lipide, hormoni, vitamine liposolubile, medicamente, ioni metalici, acid uric, bilirubină, etc. - are rol antioxidant în sânge alături de acidul uric

2. Globulinele au greutate moleculară mare; au multe resturi de acid glutamic şi acid asparticSunt greu solubile în apă şi sunt solubile în soliţii salinePrecipită în soluţii semisaturate de sulfat de amoniuRol: transportă metale şi lipide serice - în apărarea organismului împotriva infecţiilor

34

3. Imunoglobulinele

Imunoglobulinele sau anticorpii (Ig sau Ac) sunt proteine plasmatice cuprinse în fracţia γ sintetizate de organism ca răspuns la prezenţa unui corp străin, denumit antigen (Ag) (disting între self şi nonself). Antigenele pot fi virusuri, bacterii, proteine, diferite substanţe chimice, etc. Imunitatea specifică dobândită este condiţionată de producerea anticorpilor specifici faţă de agentul agresor, patogen. Răspunsul imun poate fi: umoral, caracterizat de producerea de anticorpi (Ig) circulanţi, de a căror sinteză răspund limfocitele bB(din măduva ososasă) celular, caracterizat de apariţia limfocitelor T, care sunt implicate în distrugerea celulelor ţintăCaracteristicile răspunsului imun: specificitatea, adaptarea şi memoria.Prin reacţia Ag cu Ac se formează complexul Ag-Ac sau complex imun, primul pas în distrugerea Ag. Porţiunile de pe suprafaţa Ag, implicate în declanşarea sintezei de Ac şi formarea complexului imun se numesc determinanţi antigenici. În organismul uman se produc 106-108 tipuri diferite de Ac, dar cu structură de bază similară.

Ig sunt tetrameri alcătuiţi din două subunităţi dimerice, care conţin un lanţ greu H şi un lanţ uşor L. H2L2

35

Lanţurile uşoare conţin o regiune variabilă (VL) la capătul N-terminal şi o regiune constantă la capătul COOH-terminal (CL). Lanţurile grele conţin o regiune variabilă VH şi trei regiuni constante CH. Unele Ig se găsesc sub formă de polimeri, dimeri (IgA) sau pentameri (IgG).Fiecare lanţ H şi L are:o zonă variabilă -care conferă specificitate mare interacţiunii Ag-Aco zonă constantă – care conferă diferitelor clase de Ig proprietăţi fizice şi biologice specificeResturile de aa din regiunile hipervariabile, care sunt în zona variabilă, formează situsul de legare a Ag.

36

Ac sunt molecule bifuncţionale:Capătul N-terminal (Fab) situat în regiunea variabilă a ambelor lanţuri leagă AgCapătul COOH-terminal (Fc) interacţionează cu componentele sistemului imun sau complementulNumărul determinanţilor antigenici determina valenţaRegiunea balama este o regiune flexibilă care îi permite moleculei Ig să adopte conformaţii diferite în funcţie de interacţiunea cu Ag (trece din forma T, în absenţa Ag , în forma Y, în prezenţa Ag).

În funcţie de natura lanţului H se disting 5 clase de Ig: Ig A (α) IgG (γ), IgM (μ), IgD (δ) şi IgE (ε). Lanţurile uşoare sunt de 2 feluri: κ şi λ. IgG- sunt principalii anticorpi circulanţio, combat infecţiile, străbat placenta;IgA- segăsesc în salivă, lacrimi, lapte, secreţii intestinale;IgD- funcţia nu este stabilită clar;IgE- sunt implicate în reacţii alergice, în eliberarea histaminei şi combatetea paraziţilor intestinaliIgM-sunt implicate în răspunsul imun primar

37

4. FibrinogenulProteină plasmatică solubilă (conc 200-400mg/100ml), o glicoproteină

Este formată din 3 perechi de lanţuri polipeptidice (AαBβγ)2, legate prin punţi disulfidice

Lanţurile sunt sintetizate în ficat

Are rol important în coagularea sângelui -sub acţiunea trombinei se formează fibrina monomer, care prin agregare spontană trece în fibrina polimer -fibrina polimer atrage trombocite, hematii şi alte componente şi formează cheagul

Conc este crescută în procesele inflamatorii (pneumonii, pleurezii) traumatisme, afecţiuni coronariene, afecţiuni cardiovasculare, etc

38

Proteine fibrilare

Au structură fibroasă sau lamelară şi sunt insolubile în apă.Au mare rezistenţă mecanică, de aceea au rol structural în organism

1. Colagenul -este cea mai abundentă proteină din organism Un adult de 70kg conţine aprox 12-14 kg proteine, din care 6-7 kg reprezintă

colagenul Este o proteină extracelulară Se găseşte în toate tipurile de ţesut conjunctiv, tendon, piele, os, cornee, dinţi

(dentină), cartilajStructura– unitatea structurală a fibrelor de colagen este tropocolagenul, care este o proteină oligomeră (trimer), alcătuit din 3 lanţuri polipeptidice care conţin fiecare aprox 1000 resturi de aa.Există mai multe tipuri de tropocolagen (18), în funcţie de natura aa, care sunt diferite ca proprietăţi si localizare (în ţesuturi diferite);Sinteza colagenului are loc în celule specializate: fibroblaste (ţes conjunctiv) osteoblaste (oase), odontoblaste (dinţi);Structura primară: fiecare al treilea aa este Gly , deci procent mare de Gly (33%) -(Gly-X-Y)n-Conţine Pro în conc mareConţine aa atipici: hidroxiprolina şi hidroxilizina

39

Structura secundară este specifică fiind determinată de secvenţa aa în lanţul polipeptidic

Nu se poate forma o α-elice, dar poate forma structuri elicoidale cu altă geometrie determinată de proporţia mare a resturilor de Pro;

Lanţurile α se răsucesc câte 3 spre drepta, tripluhelix, rezultând o structură trimerică, tropocolagenul.

Fiecare lanţ are o răsucire elicoidală proprie, datorită Gly care permite asocierea lanţurilor

Radicalii R ai resturilor de aa sunt orientaţi spre exteriorul elicei

Atomul de hidrogen al Gly se află în interiorul elicei

Tropocolagenul se prezintă sub forma unui bastonaş cu lungimea de 3000Å şi un diametru de 15Å, fiind una din cele mai lungi molecule

În fibrele de colagen, moleculele de tropocolagen sunt asociate lateral şi longitudinal, în şiruri paralel; la microscopul electronic au aspect striat

40

Resturile de Pro şi Lys sunt hidroxilate, proces ce necesită vitamina C, α-cetoglutarat, O2 , Fe+2

Legături chimice în tropocolagen: - legături de H între gruparea -NH a resturilor de Gly şi gruparea >C=O a celorlalte resturi de aa - legături de H între grup alcoolice din resturile de hidroxiPro şi hidroxiLys -interacţiuni hidrofobe ale resturilor de aa nepolari -cel mai import factor în stabilizarea fibrelor de colagen este formarea de leg încrucişate inter- şi intramoleculare în tropocolagen care implică: oxidarea unor resturi de lys la alizinăCondensarea resturilor de alizină cu LysCondensări aldonice şi crotonice ale resturilor de alizină

Tipurile de colagen se diferenţiază şi prin gradul de interconectare (ex. Colagen de tip I din dentină este alcătuit din fibre mai groase cu conţinut mare de hidroxiLys şi glucide). Gradul de interonectare creşte cu vârsta, ceea ce duce la scăderea solub şi supleţii fibrelor de colagen

41

Biosinteza colagenului include următoarele etape:

În fibroblast:1.Sinteza lanţurilor polipeptidice2.Hidroxilarea şi glicozilarea3.Formarea triplei elice4.Secreţia ---------------Se secretă procolagenul 5. Hidroliza leg peptidice de la capete-----rezultă tropocolagenul6. Asamblarea tropocolagenului în fibre -----fibre de colagen(solubil)7. Formarea de leg încrucişate------- fibra de colagen matur (insolubil)

Boli cauzate de anomalii ale metab colagenului:•Scorbut (deficienţa de vit C)•Osteogeneza imperfectă

42

2. ElastinaEste prezentă în ţes conjunctive împreună cu colagenul şi proteoglicaniiPredomină în tes elastice: pereţii vaselor, ligamente

Este insolubilă în apăAre o structură ordonată, nu conţine hidroxiLys iar con de hidroxiPro este mică

Conţine aa nepolari (ala), Gly (30%) şi Pro (10%)Principalele proprietăţi sunt elasticitatea şi extensibilitatea (datorită prezenţei aa desmozină, izidesmozină care permit revenirea la starea iniţială)

Este asociată cu glucide şi lipide, de aceea perturbarea metab elastinei are ca efect acumularea de lipide în tes elastic al vaselor, coronarelor, aortei şi reprezintă factor de risc în producerea ateroscerozei.

3.KeratineleProteine fibrilare insolubile, specifice ţes de acoperire: smalţ, piele, oene, lână, părConţinut mare de Cys care le conferă rezistenţă mecanică, chimică şi enzimatică

43

Enzime

Enzimele sau biocatalizatorii sunt catalizatorii reacţiilor din sistemele biologice.

Proprietăţi comune cu catalizatorii chimici:Catalizează numai reacţii termodinamic posibileNu influenţează echilibrul reacţiei, mărind doar viteza de reacţie (107 -1014 ori)Nu se consumă şi nu se produc în timpul reacţiilorSunt sensibile la acţiunea inhibitorilor

Se disting prin:oAu structură proteicăoEficienţă remarcabilă (103 ori mai mare) ex. 1 mg catalază care catalizează

descompunerea apei oxigenate are activit. echivalentă cu 2 kg de FeoSpecificitate înaltăoCinetică specifică

44

Din punct de vedere structural ele se împart în două categorii:•proteine simple care sunt formate numai din resturi de aminoacizi•proteine complexe care conţin şi o componentă neproteică•Majoritatea enzimelor sunt heteroproteine, fiind alcătuite dintr-o proteină simplă,

inactivă -apoenzima sau apoproteina- şi o componentă neproteică-cofactor.

apoenzimă + cofactor= holoenzimă

Cofactorii:•Se găsesc în vecinătatea centrului activ•Au rolul de a transfera diferite grupări de la donori la acceptori•Natura chimică este diferită: Cofactori care transferă hidrogen: NAD+ , NADP+, FAD, FMN, CoQCofactori care transferă alte grupări: TPP+ , CoA, etc

•După natura leg dintre cofactor şi apoenzimă:Coenzime (leg slabe, covalente sau necovalente) care sunt considerate al doilea

substrat: NAD+ , NADP+

Grupări prostetice (legate prin leg puternice covalente de apoentimă): hemul (citocromi), biotina (carboxilaze)

Unii cofactori sunt ioni metalici: Fe+2 , Fe+3, Zn+2, Cu+, Mg+2, Mn+2, Ni+2, Mo, Se

1. Activitatea catalitică şi structura enzimelor

45

Molecula asupra căreia acţionează enzima se numeşte substrat. Substratul se combină doar cu o anumită porţiune din enzimă, care se numeşte centru activ sau centru catalitic. Centrul activ conţine resturi de aa: Ser, Thr, Cys, Lys, Glu

Legarea E de S se realizează prin leg necovalente şi este nevoie de o complementaritate între geometria centrului activ şi substrat.Specificitatea legării şi acşiunii enzimei este explicată prin două modele:

1.Modelul ˝lacăt-cheie˝ al lui Ficher- centrul activ al enzimei este complementar în conformaţie cu substratul, E şi S se recunosc reciproc

46

2. Modelul centrului indus al lui Koshland- enzima îşi schimbă conformaţia după legarea substratului. Centrul activ devine complementar cu S numai după legarea S

Activitatea enzimatică se exprimă în:•UI unităţi internaţionale- cantit de E care determină transformarea 1μmol S per min la 25°C, în cond optime•Activitate specifică- nr de UI per mg proteină (enzima)

47

2. Nomenclatura şi clasificarea enzimelorenzima= denumirea substratului + sufixul ˝ază˝ (maltază, urează)Denumiri particulare: pepsina, tripsinaClasificarea după tipul de reacţie pe care o catalizează:

1.Oxidoreductaze- cataliz reacţii în care au loc transf de electroni sau protoni. Ex. dehidrogenaze (transferă hidrogenul de pe un donor pe un acceptor), oxidaze, peroxidaze, dioxigenaze.2.Transferaze- cataliz transferul unei grupări de pe un donor pe un acceptor AX + BH = AH + BX (amino, acil, glicozil)

3. Hidrolaze - catalizează reacţii de hidroliză (ex: fosfoesteraze, tioesteraze, glicozidaze, peptidaze) AB + H2O AH + BOH

4. Liaze -cataliz reacţii de scindare nehidrolitică a unor leg covalente (C-C, C-S, C-N)1.Izomeraze- cataliz reacţii de izomerizare2.Ligaze (sintetaze)- cataliz reacţii în care se formează leg covalente noi (C-C, C-S, C-O, C.N) prin cuplare cu ATP (glutamin sintetaza)

48

3. Specificitatea enzimelor

-Abilitatea unei enzime de a distinge între două substratesa de a cataliza numai anumite reacţii şi numai între anumiţi compuşi

Specificitate absolută- enz cataliz o anumită reacţie, acţionând asupra unui anumit substrat ( ex. ureaza)

Uree + HOH urează CO2 + NH3

Specificitate de grup – enz cataliz acelaşi tip de reacţie (ex. carboxipeptidaza, fosfataza alcalină)

Specificitate largă- enz acţionează asupra unui anumit tip de legătură din compuşi cu structuri diferite(ex: esteraze, proteaze, lipaze)

Stereospecificitatea –enz acţionează asupra unui anumit stereoizomer sau determină formarea acestuia (ex. fumaraza cataliz reacţia de adiţie a apei la ac fumaric cu formarea de acid malic)

49

4. Cinetica reacţiilor enzimatice

-Studiază viteza reacţiilor enzimatice şi relaţiile dintrea aceştia şi diferiţi parametrii

-Puterea catalitică a enzimelor se realizează prin scăderea energiei de activare (energia necesară formării stării de tranziţie)a reacţiilor prin dirijarea reacţiilor pe căi noi. Cu cât energia de activar este mai mică, cu atât un nr mai mare de molecule pot atinge această energie şi reacţia este accelerată.

50

Se consideră o reacţie în care substratul S este transformat în produşi de reacţie P sub acţiunea enzimei E. Ptr ca reacţia să se desfăşoare, este nevoie să se formeze complexul de activare ES.

Reprezentarea grafică a vitezei de reacţie în funcţie de conc substratului este o hiperbolă.

Creşterea vitezei de reacţie în funcţie de conc S devine tot mai redusă la conc mai mari de s şi atunci când se atinge Vmax corespunzătoare saturării E, V este independentă de conc S.

Fenomenul de saturare apare deoarece E conţine un anumit nr de centrii catalitici care pot interacţiona cu un nr fix de molec de S.

La conc mici ale S, E prezintă o cinetică asemănătoare catalizei chimice v= K (S)

51

Ecuaţia Michaelis-Menten teoria Michaelis-Menten se bazează pe următoarele premize:

1.Conc S este mult mai mare decât conc E, deci toată E este legată ptr a forma complexul ES;

1.Reacţia de transf a ES în P şi E este practic ireversibilă;

1.Reversibilitatea formării complexului ES va determina o con constantă a ES

Din ecuaţie şi reprez grafică rezultă că la conc mici V este direct proporţională cu conc S, în timp ce la conc mari de S, V este maximă şi indepententă de conc S.

Teoria Michaelis-Menten introduce parametrii: KM =eficienţa enzimei şi vmax=puterea catalitică Reprezentarea grafică este o hiperbolă, care

ilustrează efectul conc S asupra vitezei de reacţie.

52

Semnificaţia şi determinarea KM şi vmax

dacă înlocuim în ec M-M v=Vmax/2, rezultă KM = [S] , KM este conc S la care viteza reacţiei este jumătate din Vmax

Ptr majoritate enzimelor KM variază între 10-1-10-7M, valoarea ei fiind apropiată de conc S.

KM permite determinarea afinităţii unei E ptr S , care este invers proporţională cu KM ;

Turnoverul enzimatic (Kcat) reprezintă nr de molecule de S transformate/secundă/ molecula de E saturată cu S

Ecuaţia Lineweaver-Burk reprezintă transformarea liniară a ec Michaelis-Menten-aceasta necesită mai puţine valori pentru determinarea Vmax şi KM

53

5. Inhibiţia activităţii enzimaticeSe realizează prin molecule mici şi ioni;Este f importantă deoarece serveşte ca un mecanism de control în sistemele biologiceNumeroase toxine şi medicamente acţionează ca inhibitoriDupă modul de legare la E există 2 clase de inhibitori: reversibili şi ireversibili

A. Inhibiţia reversibilă1. Inhibiţia competitivă- inhibitorul este un analog al substratului şi se leagă la situsul

activ al enzimei.Deoarece I comp se leagă reversibil la E, acţiunea lui poate fi anulată prin creşterea conc

S. KM creşte iar Vmax nu se modifică Ex: etanolul ca S competitiv în intoxicaţiile cu metanol, penicilina

54

2. Inhibiţia necompetitivă –I necompetitiv se leagă la E în alt situs

decât cel catalitic;Legarea blochează activit cat dar nu

afectează legarea S la EVmax scade iar KM nu se modifică

3. Inhibiţia acompetitivăI se leagă la complexul ESVmax şi KM scad

55

B. Inhibiţia ireversibilă I ireversibil se leagă covalent de E şi complexul format disociază f lent;E este inactivată;Ex. Ioni divalenţi ai metalelor grele (Hg, Ag) care se leagă de grupările tiolice ale centrului activ, aspirina- inhibitor ireversibil al COX

6.Complexe multienzimatice Sunt enz diferite asociate specific, care catalizează reacţii succesive dintr-o anumită cale metabolică;Eficienţa E din complex este realizată prin transferul rapid al produsului de reacţie al primei E la E următoare, ptr care devine S, şamd;Ex. Comlexul enz al piruvat DHazei, al acid gras sintazei

Izoenzime-forme multiple ale unei E, care cataliz aceeaşi reacţie, dar sunt diferite dpdv structural şi al proprietăţilor;-Au rolimportant în diferenţierea celulară;-Sunt enz oligomere alcătuite din protomeri diferiţi aflaţi într-un raport bine determinat şi specific

56

Lactatdehidrogenaza (LDH)

•Există 5 izoenzime LDH•Sunt tetrameri care conţin 2 tipuri de protomeri H şi M: -LDH1 (H4) şi LDH2 (MH3) -în muşchiul striat; -LDH3 (M2H2) şi LDH4 (M3H)-în muşchii scheletici; -LDH5 (M4)- în ficatToate catalizează aceeaşi reacţie:

LDH1 transf mai usor lac în pir şi predomină în muşchiul cardiac;

LDH5 favorizează transf pir în lac, predominând în muşchii scheletici şi ficat;

Proprietăţile diferite ale LDH reflectă deosebirile metabolismului oxidativ al miocardului (intens şi aerob) faţă de cel al muşchilor scheletici (anaerob)

Conc LDH în plasmă este crescută în infarctul miocardic, leziuni hepatice şi în anemia hemolitică.

57

Creatin fosfokinaza (CPK)Enz intracelulară cu funcţie în metabolismul energetic;Este un dimer (M şi B) sub forma a 3 izoenzime: -M2- miocard şi muşchi; - MB- miocard; - B2- creier şi muşchi

Este prima enz a carei activitate ste crescută în sânge (în 6 ore) în infarctul miocardic.

58

7. Factori care influenţează activitatea enzimatică1.Concentraţia substratului - viteza unei reacţii enzimatice creşte direct proporţional cu conc substratului până la atingerea vitezei vmax, nivel care reprezintă saturarea cu S a tuturor situsurilor active ale E; -curba cineticii entimatice are aspect de hiperbolă;

2. Temperatura -viteza de reacţie creşte cu creşterea temp până în momentul atingerii vmax; - creşterea temp peste temp optimă de 38-40°C, duce la scăderea bruscă a vitezei de reacţie, din cauză denaturării enzimei;

3. pH-ul -pH-ul optim- pH-ul la care viteza reacţiei enzimatice este maximă; - ptr fiecare enzimă se defineşte un pH optim (pepsina pH=2, amilaza salivară pH=6,8) -pH-urile extreme (acide sau bazice) inactivează ez prin denaturare

59

8. Reglarea activităţii enzimelorHomeostazia- capacitatea org vii de a menţine constanţa mediului intern în raport cu modificările externe. - se realizează prin controlul activităţii enzimelor implicate în reacţii biochimice

Reglarea se realizează prin:A.Modificări cantitative;B.Modificări ale eficienţei catalitice a enzimelor

A. Modificări cantitative- creşterea (inducţia) sau scăderea (represia) sintezei enzimatice determină modificarea nr de situsuri active. -enzimele constitutive-enz sintetizate de celule în orice condiţii; - Inducţia enzimatică reprezintă fenomenul de obţinere a enzimelor inductibile- enz catabolice -represia enzimatică- fenomenul de scădere a sintezei enzimatice (obţinere de enz represibile –enz anabolice)

Inducşia şi represia enzimatică sunt controlate şi reglate de sistemul hormonal şi nervos

60

B. Modificări ale eficienţei catalitice a enzimelor Modificări conformaţionale; Modificări covalente;

1. Modificări conformaţionale- apar la enzimele alosterice şi se realizează prin efectori alosterici

Efectorii alosterici sau modulatorii sunt compuşi chimici care modifică activitatea unei enz prin legarea loc în alt loc distinct de centrul activ al enzimei, numit centru alosteric sau centru reglator.

-Enzimele care răspund la acţiunea efectorilor alosterici se numesc enzime alosterice.

-sunt proteine oligomere, care au mai multe centre de legare, câte unul ptr fiecare subunitate

- catalizează etape reglatoare (cheie), ireversibile, ale căilor metabolice

- cinetica este diferită de cinetica Michaelis- Menten

- reprezentarea grafică a vitezei de reacţie în funcţie de conc. S are aspect sigmoid

61

Efectorii care au acţiune stimulatoare se numesc activatori alosterici sau modulatori pozitivi iar cei cu acţiune inhibitoare se numesc inhibitori alosterici sau modulatori negativi.

62

Inhibitia prin efectori alosterici1.feed-back prin prod de reacţie2.feed-back prin mai multi prod de reacţie3.Inhibiţie prin feed-back multivalent

Două clase de enzime: -enzime homotrope-în care S este şi modulator; - enzime heterotrope- în care modulatorul este o moleculă mică, distinctă de S, de obicei produsul căi metabolice

Modularea negativă a unei enzime prin produsul final constituie inhibiţie feed-back (inhibiţie prin produs final)

63

2. Modificări covalente pot fi:Reversibile- interconversia unei enzime reglatoare între forma activă şi inactivă, care implică formarea sau ruperea unor leg covalente

Cel mai frecvent prin fosforilare-defosforilare -fosforilările sunt catalizate de kinaze, care transferă de pe ATP unul sau mai multe resturi de acid fosforic pe resturi de Ser şi Tyr - defosforilările sunt catalizate de fosfataze;

Unele enzime sunt active în formă fosforilată (glicognefosforilaza) altele în formă defosforilată (glicogensintetaza).

La unele enzime reglarea se face simultan, prin alosterie şi fosforilare-defosforilare.

64

Ireversibile- prin activare proteolitică- transformarea formelor inactive (zimogeni sau proenzime) în enzime active sub acţiunea factorilor locali (pH) sau autocatalitic.

Pepsinogen pepsină

Tripsinogen tripsina

Proenzimele factorilor coagulării factori activi

Există trei procese fiziologice principale în care apare o cascadă de activare a zimogenilor: procesul digestiv, coagularea şi fibrinoliza.

65

VITAMINE

Vitaminele sunt subst org indispensabile vieţii, care nu pot fi sintetizate în org.Ele sunt furnizate din alimente ca atare sau sub formă de precursori, numiţi provitamine pe care org le transf în vitamine.Necesarul zilnic este de ordinul mg.

Lipsa totală de vit din alimente declanşează stări patologice specifice numite avitaminoze. Lipsa parţială a acestora determină hipovitaminoze, caracterizate prin scăderea funcţiilor normale ale org.

Vitaminele care prezintă structură chimică diferite şi îndeplinesc aceleaşi funcţii în org se numesc vitamere.

Avitaminele sunt substanţe cu acţiune antagonistă vitaminelor.

Clasificare: vitamine hidrosolubile: B1, B2, B6, B12, C, PP, biotina, acid, pantotenic, acizi folici;Vitamine liposolubile: A, D, E, K

66

Vitamine liposolubileSunt prezente în alimentele cu conţinut crescut de grăsimi;Sunt absorbite din tubul digestiv împreună cu grăsimile, de aceea tulburări ale metab lipidic vor afecta absorbţia vit, determinând carenţa acestora;Pot fi depozitate în org la nivelul ficatului apărând manifestări toxice ale hipervitaminozelor ( vit A şi D);În plasmă circulă legate de molec transportoare specifice sau înglobate în lipoproteine

Vitamina A- retinol- vitamina vederii

Prezintă 2 vitamere: retinolul (A1) şi dehidroretinolul (A2);

Surse alimentare: lapte, unt ouă, carne (ficat), vegetalele conţin β-caroten (galben)

67

Absorbţia: la nivel intestinal;-este introdusă sub formă de vitamină sau provitamină (β-caroten )----care este transf la nivel intestinal în vit A;

- la nivelul mucoasei intestinale are loc: transf β-caroten în 2 molec de retinal- catalizată de β-caroten dioxigenază;Transf retinalului în retinol- catalizată de retinal reductază;Transf retinalului în acid retinoic- catalizată de retinaloxidază.

Vit. A circulă în plasmă legată de o proteină tansportoare spacifică- retinal-binding protein (RBP) şi este depozitată în special în ficat

Rol fiziologic: acidul retinoic – reglarea expresiei genetice, creştere şi dezvoltare, efect antiproliferativ, potenţează efectul unor medicamente anticanceroase, participă la sinteza glicoproteinelor;

Retinolul intervine în procesele de reproducere şi contribuie la dezv normală a mucoaselor şi celulelor epiteliale--- deficienţa duce la keratinizare;

carotenul- este un antioxidant

68

Retinalul-format în retină prin oxidarea enzimatică a retinolului este implicat în mecanismul vederii; - 11-cis-retinalul este component structural al rodopsinei-pigment roşu, sensibil la lumină din celulele cu conuri (diurnă) şi bastonaşe (nocturnă);

Deficienţa: xeroftalmie (afecţiune oculară), keratinizarea ţesutului epitelial, alterări la nivelul dinţilor (smalţul îşi modifică structura)

69

Vitamina D- calciferol- vitamina antirahitică-Include un grup de vitamere (calciferoli) cu proprietăţi antirahitice;- cele mai importante sunt:

Vitamina D2- ergocalciferolul sau calciferolul—care se formează în plante;Vitamina D3- calciol sau colecalciferol-care se formează din 7-dehidrocolesterol în piele sub acţiunea UV

D.p.d.v. structural- sunt steroli C27 care diferă prin R de la C21

Surse alimentare: lapte, unt, ouă (gălbenuş), grăsimi de origine animală, untura de peşte

Formula generală a provitaminelor D Formula generală a vit D

70

Absorbţia: -are loc la nivelul intestinului subţire în prezenţa grăsimilor alimentare şi a bilei ; vit D3-se realizează prin izomerizarea fotolitică a 7-dehidrocolesterolului la nivelul pielii în urma expunerii la UV

vit D3-formată în piele şi cea absorbită intestinal este transportată la ficat legată de o proteină specifică

Rol fiziologic: Mediază absorbţia Ca în intestin şi promovează mineralizarea osoasă;Favorizează mobilizarea Ca şi P din oase;Reglează metabolismul fosfo-calcic;Favorizează reabsorbţia renală a ionilor de Ca şi scade fosfaturia-----efect asupra restabilirii valorilor normale ale Ca şi P în sânge

Deficienţa: Avitaminoza D produce rahitism la copii şi osteomalacie la adulţiCarenţa determină modificări la nivelul dentinei şi smalţului dentar

Supradozarea : determină calcifieri anormale la nivelul scheletului şi al dinţilor

71

Vitamina K- antihemoragică (coagulării)-mai multe vitamine naturale şi sintetice -vit K1-filochinona şi vit K2-farnachinona-naturale (sintetizate de plante şi microorganisme) - vit K3- menadiona-produs de sinteză solubil în apă

Vit K este sintetizată de flora bacteriană intestinală; -absorbţia ei se face concomitent cu a lipidelor din alimentaţie Vit K3 -menadiona

Rol fiziologic:-Este cofactor în procesele de coagulare;-În cavitatea bucală-agent anticarios prin inhibarea bacteriilor care produc acid lactic

Deficienţa: -este cauzată de malabsorbţia lipidelor; -apare ocazional la nou-născuţi -la adulţi se manifestă prin hemoragie şi modificarea timpului de coagulare

72

Vitamina E-tocoferolul- antisterilităţii

Include vitamere: α-, β-, γ-, δ-tocoferol;Forma cea mai răspândită este α-tocoferolul

Surse: germeni de grâu, salată verde, andive, spanac, pătrunjel, lapte, ouă, carne, ulei de peşte

Absorbţie: -la nivel intestinal, încorporată în chilomicroni

Rol fiziologic: -antioxidant, prevenind peroxidarea acizilor graşi polinesaturaţi şi formarea radicalilor liberi; -Se acţionează sinergic cu vit E

Deficienţa: fragilitatea membranelor, hemoliză, scăderea conţinutului în colagen din ţesutul conjunctiv, reducerea masei musculare , degenerarea ţesutului testicular.

73

VITAMINE HIDROSOLUBILE

Vitamina B1 (tiamina)

forma biologic activă este TPP+–tiaminpirofosfatul, rezultat prin fosforilarea tiaminei în eritrocie, cu consum de ATP;

TPP+ este coenzimă pentru două tipuri de reacţii din metabolismul glucidic:

Decarboxilarea oxidativă a α-cetoacizilor (acid piruvic, α-cetoglutarat)Formarea şi degradarea cetolilor

Surse: carne slaba de porc, fasole uscată, soia, mazare, tofu, germeni de grau, cereale, faina de ovaz si drojdie de bere.

Deficienţa: la om boala numită Beri-Beri- leziuni ale sistemului nervos central şi periferic

74

Vitamina B2-riboflavinaDerivat de izoaloxazină substituit cu 2 grupări metil şi radicalul ribitil;

Este componenta esenţială a două coenzime implicate în procesele de oxidoreducere celulară:--- FMN-flavinmononucleotidul ---FAD-flavin-adenin-dinucleotidulMecanism de acţiune:

FMN (FAD) +2H+ FMNH2 (FADH2) -2H+

FMN

75

Coenzimele flavinice sunt legate puternic de apoenzimă.

Oxidoreductazele care le folosesc se numesc flavoproteine sau flavinenzime.

FAD participă la reacţii de dehidrogenarea acizilor graşi (prin β-oxidare)FMN participă la dezaminarea oxidativă a aa.

În lanţul transp de e cele două coenzime se pot reoxida sub acţiunea ubichinonelor din lanţul respirator: FAD

CoQ + FMNH2 (FADH2) CoQ + FMN (FAD)

Surse: ciuperci, ficat, spanac, salată, brocoli, varză, ouă, iaurt

Deficienţa: leziuni ale pielii, mucoaselor, corneei, cavităţii bucale.

76

Vitamina B6

Sub numele de vitamina B6 se cunosc mai mulţi compuşi cu rol de vitamine şi coenzime:piridoxina, piridoxalul şi piridoxamina.

piridoxalul piridoxaminapiridoxina

Forma metabolic activă de coenzimă, este piridoxalfosfatul.

Surse: piridoxina în plante (cartofi, cereale, legume) iar piridoxalul şi piridoxamina în produsele de origine animală (ficat, pui peşte)

77

Sub formă de piridoxal fosfat participă la reacţii implicate în metabolismul:Aa -(decarboxilarea, transaminarea, sinteza citrulinei, sinteza hemului) şi a sitemului nervos central

Decarboxilarea aa duce la obţinerea de amine biogene cu rol de neurotransmiţători

Carenţa: detemină tulburări nervoase şi hematologice. piridoxalfosfat

Vitamina PP 2 vitamere: acidul nicotinic (niacina) şi nicotiamida (niacinamida)

Vitamina PP poate fi sintetizată în organism din triptofan

Carenţa determină boala numită pelagră, a celor 3 D: dermatită, diaree, demenţă.

nicotinamidaAcid nicotinic

78

Surse: cereale nerafinate, fulgii de cereale, lapte, carne slabă, peşte, ouă, vegetale

Coenzimele vitaminei PP sunt: -NAD+ -nicotinamid-adenin-dinucleotidul - NADP+ - nicotinamid-adenin-dinucleotidul-fosfat

Cele două coenzime acţionează ca sisteme redox, nr de oxidoreductaze care le utilizează ca şi coenzime fiind f mare. - NAD+ participă în special la reacţii de oxidoreducere iar NADP+ în reacţii de biosinteză.

SH2 + NAD+ (NADP+ ) Sox + NADH (NADPH) + H+

79

Acid pantotenic

Acidul pantotenicEste prezent în aproape toate alimentele, în special în ouă, ficat, drojdie;

Poate fi sintetizat de flora intestinală;

Intră în componenţa a două structuri active metabolic:

1. fosfopanteteina- coenzimă a acid gras sintazei-gruparea proteică a ACP (acyl carrier protein), coponentă a complexului enzimatic implicat în biosinteza acizilor graşi

80

Coenzima A

2. Coenzima A (CoASH)-Îndeplineşte rol de transportor ( prin gruparea tiol) de radical acil în cadrul metabolismului lipidic (oxidarea acizilor graşi, biosinteza ac graşi).-Cel mai important acil-CoA este reprezentat de acetil-CoA

81

Biotina este coenzimă în reacţiile de carboxilare, unde are rol de transportor al CO2;

este sitetizată de bacteriile intestinale, de aceea nu apare deficienţa;

Albuşul de ou crud conţine avidină, o proteină care se combină cu biotina şi îi impiedică absorbţia intestinală;

biotina

82

Acizii foliciSe găsesc în plante, drojdie, cereale, soia, seminţe, fructe, legume, ciuperci, etc.

Coenzimele acizilor folici sunt acizii tetrahidrofolici: FH4 şi THFA; -transportă unităţi de un atom de C (mai puţin CO2): -CH3 (metil) , -CH2- (metilen), =CH- (metin), -CHO (formil)

Se formează compuşi activi ca :N5-formil-FH4, N10-formil-FH4- forme interconvertibile prin procesele de oxidoreducere ;

sunt implicaţi în sinteza timinei din uracil, a N-formil-Met (aa iniţiator în sinteza proteinelor), a bazelor purinice şi pirimidinice, hemoglobinei, glicinei, colinei, etc

Carenţa: determină anemie;--la alcoolici

Acid folic

83

Vitamina B12 -cobalamina

-are o structură asemănătoare cu a hemului- conţine un nucleu tetrapirolic care complexează ioni de cobalt (inel corinic);-Este sintetizată exclusiv de microorganisme-Se găseşte în ficat legat de o proteină, sub formă de metilcobalamină şi 5’deoxiadenozilcobalamină

84

Hidroliza proteinei are loc la nivelul stomacului sau intestinului (sub acţiunea tripsinei) şi este eliberată forma activă a vitaminei;

Absorbţia are loc la nivelul ileonului sub forma unui complex vit B12-factor intrinsec (glicoprot produsă de stomac);

În absenţa factorului intrinsec, vit B12 nu poate fi absorbită;

După absorbţie este transportată în plasmă de proteine specifice numite transcobalamine şi depozitată în ficat;

Formele active ale vit B12 cu rol de coenzime sunt metilcobalamina şi 5’deoxiadenozilcobalamina.Metilcobalamina este coenzimă în următoarele reacţii: -conversia combinată a homocisteinei la metionină şi a N-metilTHFA la THFA (tetrahidrofolat) -reacţia de izomerizare a metilmalonil-CoA la succinil-CoA (biosinteza ac graşi)

Deficienţa: datorată unei absenţe deficitare cauzată de lipsa factorului intrinsec-duce la anemie pernicioasă (megaloblastică-) şi tulburări neuro-psihice.

85

Vitamina C- acidul ascorbicEste vitamină indispensabilă deoarece omul (maimuţa şi cobaiul) nu o poate sintetiza;

Forma redusă are proprietăţi acide;

Este uşor oxidabilă, funcţionând ca un sistem redox,

Este sensibilă la temp crescute şi stabilă la temp scăzute;

Este absorbită la nivel intestinal iar excesul este eliminat prin urină

Surse: măceşe, cătină, fructe de pădure, pătrunjel, căpşuni, citrice, fructe şi legume proapete

86

Rol fiziologic:Hidroxilarea Pro şi Lys din colagen

Hidroxilările care au loc în biosinteza colesterolului, adrenalinei, serotoninei;

Facilitează absorbţia intestinală a acizilor folici, Ca, Fe (pe care îl depozitează);

Captează radicalii liberi (superoxid, hidroxil, oxigen singlet) asigurând protecţia org faţă de specii chimice reactive;

Intervine în apărarea împotriva peroxidării acizilor graşi polinesaturaţi, participând la refacerea vitaminei E;

Antioxidant hidrosolubil care împiedică formarea nitrozaminelor în timpul digestiei;

Rol benefic în stres, alergii, apărarea imună

Deficienţa: scorbut, manifestat prin leziuni ale ţesutului osos şi conjunctiv, hemoragii, inflamarea gingiilor, căderea dinţilor

87

Acizi nucleici

Ac nucleici sunt macromolecule care mediază în lumea vie transferul informaţiei pe baza căreia organismul işi realizează structurile şi funcţiile specifice. Sunt de 2 feluri: -ADN-acid deoxiribonucleic -ARN-acid ribonucleic sunt macromolec informaţionale care permit stocarea, transmiterea şi exprimarea informaţiei geneticeD.p.d.v. structural sunt polinucleotide mono- sau dublu-catenare.ADN conţine informaţia genetică cu privire la biosinteza proteinelor, reprezentând baza chimică a eredităţiiTransmiterea inform genet se realizează prin replicarea ADN;Exprimarea inform genet din molec de ADN în secvenţe specifice de aa (proteine) se realizează prin 2 procese: transcriere şi traducere.Fluxul de informaţie din cele 3 procese fundamentale este exprimat prin ’’Dogma centrală ’’a biologiei moleculare

88

1. Structura chimică a acizilor nucleici (AN) D.p.d.v. structural sunt polinucleotide mono- sau dublu-catenare Nucleotidele sunt esteri fosforici ai nucleozidelor.

Nucleozidele sunt formate dintr-o bază azotată şi un monozaharid (pentoză) legate printr-o leg β-glicozidică.

Pentoza din struct ARN este D-riboza iar din ADN este D-deoxiriboza (în forma ciclică, β-furanozică)

89

Bazele azotate din struct nucleotidelor sunt:Derivate de la purina: adenina (A) şi guanina (G)Derivate de la pirimidină: timina (T), citozina (C) şi uracil (U)

90

Nucleozidele sunt combinaţii rezultate din condensarea unei baze azotate cu o pentoză. Se realizează o leg β-N-glicozidică între N9 al unei baze purinice sau N1 al unei baze pirimidinice şi hidroxilul semiacetalic al pentozei.

Nucleotidele sunt esteri fosforici ai nucleozidelor la gruparea alcoolică C5’ sau C3’. -Ex. nucleozid di- şi trifosfat: ADP, ATP, GTP, UTP, GDP, UDP, etc

91

Baza azotata Ribonucleozid Ribonucleotid

Adenina A Adenozina Adenozin-5’-monofosfat (AMP)

Guanina G Guanozina Guanozin-5’-monofosfat (GMP)

Citozina C Citidina Citidin-5’-monofosfat (CMP)

Uracil U Uridina Uridin-5’-monofosfat (UMP)

Baza azotata Deoxiribonucleozid Deoxiribonucleotid

Adenina A Dezoxiadenozina Dezoxiadenozin-5’-monofosfat (dAMP)

Guanina G Dezoxiguanozina Dezoxiguanozin-5’-monofosfat (dGMP)

Citozina C Dezoxicitidina Dezoxicitidin-5’-monofosfat (dCMP)

Timina T Timidina Timidin-5’-monofosfat (tMP)

92

AN sunt polinucleotide mono-sau dublucatenare în care nucleotidele sunt legate printr-o leg fosfodiesterică, realizată între grupările OH- din poziţiile C3’ şi C5’. Rezultă o catenă liniară în care există un ax comun reprezentat de resturile fosfat şi de nucleul pentozei. Varietatea lanţului derivă din succesiunea bazelor azotate, care conferă varietate moleculară şi specificitate AN.

Polinucleotidele au o anumită direcţie; la fiecare catena polinucleot se disting 2 capete: -capătul 5’ cu gruparea OH-de la C5’ liberă -capătul 3’ cu gruparea OH- de la C3’ liberă(neimplicată în leg fosfodiesterică)

Prin convenţie un lanţ polinucleot se scrie şi se citeşte pe direcţie 5’ 3’. Două lanţuri polinucleot sunt antiparalele dacă unul se derulează pe direcţie 5’-3’ iar altul pe direcţie 3’-5’.

93

2. ADNStructura primară (covalentă)---Acizii deoxiribonucl sunt polideoxiribonucleotide cu leg 5’-3’fosfodiesterice între unităţile nucleotidice.

-conţine 4 baze azotate: A, G, T, C

Structura secundară: - cantit de ADN a unei cel este const şi nu poate fi modificată de factori interni sau externi; cu cât specia este mai evoluată cu atât cant de ADN este mai mare

-compoziţia în baze azotate nu se modifică cu varsta, starea de nutriţie, mediu;

- nr de baze A=T şi C=G, deci conţinutul de baze purinice =baze pirimidinice;

-ADN prezintă o structură periodică, ordonată

94

Modelul tridimensional-dublu helix- Watson şi Crick (1953)

ADN este format din 2 lanţuri polideoxiribonucleotidice care se răsucesc împreună în acelaşi sens (de la stânga la dreapta), în jurul unui ax comun, formând un dublu helix

Inelele glucidice legate prin resturi fosfat (ionizate la pH fiziologic) sunt orientate spre exterior

Bazele azotate, hidrofobe, se găsesc în interiorul elicei

Pasul elicei este de 3,4 nm iar distanţa dintre 2 baze adiacente este de 0,34 nm deci o perioadă conţine 10 baze

95

Factorul de stabilitate al elicelor duble este reprezentat de leg de hidrogen care se pot stabili între bazele azotate;

Leg de H se formează între o bază purinică şi una pirimidinică A formează 2 leg de H cu T iar G 3 leg de H cu C Acestea pot stabili nr max de leg de H, ceea ce conferă moleculei de ADN configuraţia cea mai stabilă.

Împerecherea bazelor se realizează între o bază azotată a aunui lanţ şi perechea ei din al 2-lea lanţ; pentru a realiza acest aranjament cele 2 lanţuri trebuie să fie antiparalele

În acest fel se pot asocia doar 2 lanţuri complementare, care conţin perechi de baze, elementul cheie al transmiterii informaţiei

A=T şi G≡C

96

Cele 2 lanţuri antiparalele ale ADN nu sunt identice şi complementare

La eucariote, cea mai mare cantitate de ADN se găseşte în nucleu sub formă de cromatină (ADN asociat cu histone-proteine bogate în Lys şi Arg).

În timpul mitozei cromatina se condensează şi se subdivide în cromozomi, al căror nr depinde de specie.

Porţiunile de ADN care conţin informaţia genetică cu privire la sinteza unei proteine se numesc gene.

Fiecare cromozom conţine un nr. unic de gene

Totalitatea genelor cuprinse în cromozomii unei celule se numeşte genom

97

3. Biosinteza ADN (replicare)

Replicarea este un proces unic în viaţa unei celule şi vizează întreaga moleculă de ADN; prin replicare cele 2 catene de ADN se desfac şi servesc ca matriţă ptr sinteza a 2 molecule de ADN fiice, identice cu cele parentale;

Replicarea ADN este un proces semiconservativ deoarece fiecare din catenele nou formate se conservă pe o catenă veche, parentală;

Biosinteza ADN necesită:a)Prezenţa celor 4 deoxiribonucleozid trifosfaţi: dATP, dGTP, dTTP, dCTP şi a ionilor de Mg;

a)Un ADN monocatenar, ca matriţă, cu un capăt 3’ liber

a)Un echipament enzimatic complex care conţine:

helicaza (enz implicată în desfacerea helixului în cele 2 catene complementare), proteine de destabilizarea a dublei elice,

98

ARN-polimeraza (primaza) care realizează o moleculă de ARN iniţiator (primer) de 50-100 nucleotide,

ADN polimeraza ADN-dependentă –proteină multifuncţională cu activitate polimerazică, exonucleazică şi de autocontrol;

-nu poate iniţia sinteza ’’de novo’’ a lanţurilor polideoxiribonucl ci doar preluând instrucţiuni de la o matriţă ADN

-sintetizează catene doar pe direcţia 5’---3’ ADN-ligaze, care reunesc fragmentele de ADN rezultate în urma replicării

Etapele biosintezei ADN la procariote:1.Desfacerea duplexului ADN pe anumite porţiuni sub acţiunea helicazei, proces facilitat de proteinele de destabilizare, care împiedică şi reunirea catenei de ADN;

1.Sinteza ARN iniţiator (primer) la capătul 3’, complementar cu ADN monocatenar

99

3. Elongarea catenei de ARN iniţiator prin adăugarea de deoxiribonucleotide la capătul 3’ al acestuia. Reacţia este catalizată de ADN polimeraza, iar energia necesară formării leg fosfodiesterice este furnizată de nucleotidele trifosforilate.

Copierea catenelor se face diferit: -în mod continuu-catena leading -în mod discontinuu-catena lagging- se formează fragmentele Okazaki (fragmente scurte de ADN sintetizate în direcţia opusă furcii de replicare).

4. Îndepărtarea ARN primer şi reunirea fragmentelor sub acţiunea ADN-ligazei.

Funcţia de autocontrol a ADN-polimerazei asigură la eucariote o fidelitate f mare a replicării

100

4. ARNAcizii ribonucleici (ARN) mediază transferul de informaţie, constituind matriţă pentru sinteza proteinelor.

Sunt macromolecule alcătuite din ribonucleotide legate prin legături fosfodiesterice 3’-5’.

Bazele azotate care intră în structura ARN sunt: A, G, U, C

Componenta glucidică este riboza

În ARN nu există complementaritate a bazelor, de aceea este exclusă structura de dublu helix

ARN este lanţ un poliribonucleotidic, monocatenar, care prin îndoire poate forma pe anumite porţiuni, unde complemetaritatea bazelor o permite, structuri dublu elicoidale.

Celulele conţin mai multe tipuri de ARN: ARN mesager-ARNm ARN de tranfer-ARNt ARN ribozomal-ARNr

101

4.1. Biosinteza ARN (transcriere sau transcripţie)

Are 3 etape: iniţierea, elongarea, terminarea

Are loc pe matriţă de ADN, transcrisă în sensul complementarităţii bazelor ( A-U şi G-C)

ARN-polimeraza ADN-dependentă copiază o singură molec de ADN, denumită catenă sens; catena complemetară se numeşte catenă antisens;

Enzima ARN-polimeraza ADN-dependentă conţine Zn şi ioni de Mg. Ea sintetizează catene ARN pe direcţia 5’-3’ şi iniţiază sinteza de novo a lanţului polipeptidic;

Transcrierea necesită: -ribonucleotide trifosforilate: ATP, GTP, CTP şi UTP - ADN monocatenar ca matriţă

102

Mecanismul transcrierii este identic cu replicarea.

A din ADN specifică U în ARN transcript, G specifică C, C specifică G, iar T specifică A.

Toate tipurile de ARN se sintetizează pe matriţă de ADN, iar ARN polimeraza asigură procesului o mare acurateţe.

Celulele eucariote conţin 3 clase de ARN polimeraze: ARN polimeraza I-transcrie ARNr, ARN polimeraza II-transcrie ARNm şi ARN polimeraza III-transcrie ARNt

103

4.2. ARN mesager –ARNmAre rolul de a transmite informaţia genetică de la ADN la ribozomi, unde are loc sinteza proteică.

Succesiunea bazelor va specifica secvenţa de aa din lanţul polipeptidic;Fiecare aa este specificat genetic de un triplet de baze azotate numit codon.

Este monocatenar şi prezintă heterogenitate moleculară, molec de ARNm având lungimi şi secvenţe diferite.Viaţa biologică a ARNm este scurtă (câteva ore la eucariote) de aceea constituie punct de control în biosinteza proteinelor.

104

4.3. ARN de transfer- ARNtARNt transportă aa la ribozomi şi decifrează mesajul conţinut în ARNm sub formă de codoni.Funcţionează ca adaptor în timpul traducerii codului genetic

Sunt molec mici, monocatenare, şi conţin baze atipice;Există cel puţin 20 de tipuri de ARNt, corespunzătoare celor 20 de aa din structura proteinelor

Toate speciile de ARNt au aspect de ’’foaie de trifoi’’

Porţiunile din duplex sunt alcătuite din baze complementare iar buclele sunt formate din baze necomplementare şi baze atipice

Fiecare ARNt are pe une din bucle un triplet numit triplet anticodon, care va recunoşte prin complementaritate tripletele codon din ARNm

105

Capătul 5’ este mai scurt şi majoritatea ARNt au un rest de acid guanilicCapătul 3’ este mai lung şi conţine secvenţa de nucleotide CCA, unde se leagă aa

ARNt îndeplineşte următoarele funcţii: - transportă aa activaţi sub formă de complexe aminoacil-ARNt la locul de sinteză-legarea aa se face la capătul 3’ al ARNt printr-o legătură macroergică

-adaptează aa transportaţi în dreptul codonului de pe ARNm, făcându-i să descifreze informaţia scrisă în secvenţele de nucleotide

106

4.4. ARNr-ARN ribozomalEste cel mai abundent din celulă şi are cea mai mare stabilitate;Este asociat întotdeauna cu proteine şi formează organite subcelulare numite ribozomi;

Există sub forma mai multor specii caracterizate prin constanta de sedimentare (S): ribozomii po fi caracterizaţi după S: -70S la pk (disociază în 2 subunităţi 50S şi 30S) - 80S la ek (disociază în 60S şi 40S)

Subunitatea mare a ribozomilor are 2 locusuri A şi P. Locusul A leagă aminoacil-ARNt şi locusul P leagă ARNt purtător al unui lanţ polipeptidic.

Ribozomii constituie structuri complicate, cu funcţii mecano-chimice în biosinteza proteinelor. Ei reprezintă sediul biosintezei proteice, furnizând proteinele necesare pentru formarea leg peptidice şi elementele de colaborare între ARNt şi ARNm.

107

5. Codul geneticStabileşte relaţia dintre secvenţa de baze din ADN (sau din transcriptul lor) şi secvenţa de aa din proteine.

Este identic pentru pk şi ek

Fiecarea aa este specificat de o secvenţă de 3 nucleotide, numită codon

Cele 4 litere cod A, G, U, şi C alcătuiesc 64 de codoni

61 de codoni specifică cei 20 de aa. Codonii care specifică acelaşi aa se numesc codoni sinonimi.

Codul genetic nu are semne de punctuaţie, nu este ambiguu (un codon nu specifică 2 aa diferiţi) şi este universal (codonii au aceaşi semnificaţie la toate organismele)

Codonul de iniţiere al biosintezei proteice este codonul AUG şi codifică Met

Codoni nonsens (stop) – UAA, UGA, UAG- nu specifică nici un aa şi au rol în stoparea sintezei proteice

108

6. Biosinteza proteicăProces complex denumit şi traducere- are loc traducerea secvenţelor de nucleotide în secvenţe de aa

Conţine următoarele etape:1.Activarea aa2.Iniţierea lanţului polipeptidic3.Elongarea lanţului polipeptidic4.Prelucrări posttraducere

1. Activarea aminoacizilor Aa sunt activaţi prin formarea unei leg macroergice cu ARNt corespunzător,

aminoacil~ARNt Ataşarea aa are loc la capătul 3’ terminal al ARNt la secvenţa –CCA3’ Enzima care catalizează acest proces se numeşte aminoacil~ARNt sintetază Energia necesară formării leg esterice este furnizată de ATP

Aminoacid + ARNt + ATP aminoacil -ARNt sintetaza aminoacil~ARNt + AMP + Ppi

109

2. Iniţierea lanţului polipeptidicÎnceperea procesului de traducere are loc numai după constituirea ribozomului funcţional, alcătuit din subunitatea mare, subunit mică şi ARNm.

Are loc legarea aminoacil~ARNt al aa-N-terminal (la pk este N-formil-Met şi Met la ek) în dreptul codonului de iniţiere (AUG)

Procesul necesită prezenţa factorilor de iniţiere (eiF)

La terminarea procesului de iniţiere, Met-ARNt la ek se găseşte în locusul P ; este singurul aminoacil-ARNt localizat în locusul P, ceilalţi fiind localizatţi în locusul aminoacid (A).

3.Elongarea lanţului polipeptidic constă în adăugarea trepată de aa (în prezenţa factorului de elongare) , până la formarea proteinei, şi include următoarele etape: -situsul P este ocupat cu aminoacil-ARNt al aa N-terminal, iar situsul A, aflat în dreptul codonului 2 este liber

-situsul A se ocupă cu aminoacil-ARNt al aa 2

110

111

c. Formarea leg peptidice prin transferul reastului aa iniţiator pe grup –NH2 a celui de-al 2-lea aa, reacţie catalizată de peptidil transferază. Situsul P este ocupat cu aa n-terminal iar situsul A este ocupat cu ARNt al dipeptidului format

d. ARNm se deplasează în direcţia 5’-3’ pe distanţă de un codon-etapă numită translocare. Situsul A ajunge în dreptul codonului 3, putând să primească aa 3 şi ARNt iniţiator este eliberat din p în citosol.

Procesul se repetă până când în dreptul situsului A ajunge un codon care semnifică informaţia stop.Are loc hidroliza ARNm, eliberarea proteinei sintetizate şi disocierea ribozomului în subunităţile respective.Energia necesară desfăşurrii biosintezei proteice este sigurată de GTP.

112

4. Prelucrări posttraducere: -îndepărtarea aa iniţiator; -modificarea unor aa (hidroxilarea lizinei, prolinei) -ataşarea de grupări prostetice (fosforilarea, glicozilarea) -îndepărtarea unei anumite secvenţe de aa (secvenţe semnal), în cazul proteinelor sintetizate ca precursori (ex. preproinsulină-------proinsulină)Biosinteza proteinelor este inhibată de numeroase antibiotice (tetraciclină, streptomicină, cloramfenicol, eritromicină) şi toxine.

7. Mutaţiile-alterarea structurii ADN, care determină o modificare permanentă a informaţiei genetice-Mutaţiile se exprimă prin modificarea secvenţei de aa din proteine (Hb anormale) şi sunt implicate în toate procesele maligne

-Agenţi mutageni: radiaţii UV, substanţe chimice (nitriţi, nitraţi), specii reactive ale oxigenului

-Modificările pot fi prin -substituţia nucleotidelor (tranziţie –înlocuirea unei baze purinice cu altă bază purinică sau transversie- înlocuirea unei baze purinice cu o bază pirimidinică) - deleţii (omiterea unui aa) şi inserţii (adăugarea unui aa sau mai multor aa)

113

Glucidele

1. Caracteristici generale ale glucidelorGlucidele sau zaharurile sunt polihidroxialdehide sau polihidroxicetone şi derivaţii acestora.Clasificare: -monozaharidele sau ozele sunt glucide simple care nu pot fi hidrolizate în molecule mai mici -dizaharidele- formează prin hidroliză 2 molec de monozaharide -oligozaharidele- polimeri care conţin 2-10 unităţi de monozaharide - polizaharidele- polimeri care conţin mai multe unităţi de monozaharide

Nomenclatura Formula generală CnH2nOn- unde n este nr atomilor de carbonDenumirea lor se face în funcţie de : -nr atomilor de C-trioze, tetroze, pentoze, hexoze - natura grupării carbonil: aldoze (conţin grupare aldehidică –CHO) şi cetoze (conţin grupare cetonică >C=O)Exemplu: glucoza este o aldoză iar fructoza o cetoză

114

α-D-glucopiranoză

Glucoza

β-D-glucopiranoza

Sistem de numerotare al atomilor de C

115

2. Formele ciclice ale glucidelorStudiul proprietăţilor fizico-chimice a demonstrat că predomină forma ciclică, atât în soluţie cât şi în stare solidă.Prezenţa în moleculă a celor 2 grupări funcţionale hidroxil şi carbonil facilitează atacul nucleofil al grupării –OH asupra grupării carbonil.Atacul grupării OH se face de la atomii de carbon care permit formarea ciclurilor de 5 (cicluri furanozice) sau 6 atomi (cicluri piranozice). Gruparea nouă hidroxil rezultată se numeşte semiacetalică sau glicozidică.

Fructoza

β-D-fructozaα-D-fructoza

116

3. Izomeria monozaharidelorPlană: de funcţiune- aldoze şi cetozeIzomerie optică (strereoizimeria optică) Izomerii care diferă prin configuraţia spaţială se numesc stereoizomeri. Toate monozaharidele sunt substanţe optic active (rotesc planul luminii polarizate) datorită prezenţei în molecula lor a unuia sau mai multor atomi de C asimetrici (excepţie cetotrioza).

Stereoizomerii care diferă între ei prin configuraţia tuturor atomilor de C asimetrici sunt enantiomeri. Enantiomerii se deosebesc între ei prin sensul rotirii planului luminii polarizate iar amestecul echimolecular a 2 enantiomeri constituie un racemic, optic inactiv.

Stereoizomerii care diferă prin configuraţia a 1 până la n-1 atomi de C asimetrici se numesc diastereoizomeri.

Stereoizomerii care diferă prin configuraţia unui singur atom de C se numesc epimeri.

117

Ex. Glu şi gal sunt epimere la C4 iar glu şi man sunt epimere la C2.

Glu GalMan

Din motive de sistematizare, compuşii optic activi au fost împărţiţi în 2 serii sterice, D şi L, după asemănarea configuraţiei cu un compus etalon, gliceraldehida (în funcţie de config atomului de C asimetric cel mai depărtat de gruparea carbonil)

Monozaharidele naturale aparţin seriei D.

118

4. Aminozaharuri -se obţin prin înlocuirea unei grupe hidroxil din molec unei oze cu o grupare amino (NH2), care este în general acetilată sau sulfatată.- Cele mai importante sunt glucozamina, galactozamina, manozamina care intră în structura glicoproteinelor, glicolipidelor, proteoglicanilor, antibioticelor.

β-D-glucozamina D-galactozaminaN-acetil-glucozamina

119

5.Dezoxizaharuri -se obţin prin înlocuirea unei grupări hidroxil din molec unei oze cu un atom de hidrogen. -ex: deoxiriboza, componentă glucidică a ADN

Prin condensarea manozei cu acidul piruvic rezultă acidul neuraminic prin a acărui acilare se obţin N-acil-derivaţi numiţi acizi sialici. Prin acetilarea ac neuraminic rezultă acidul N-acetil-neuraminic, constituient important al glicoproteinelor.

Acid N-acetilmuramic

120

6. Proprietăţi chimice ale monozaharidelorReacţii datorate grupării carbonil -reducerea monozaharidelor duce la polialcoolii corespunzatori, reacţia fiind catalizată în organism de enzime NADH-depenedente

D-glucoza-----D-sorbitolD-fructoza-----D-sorbitolD-manoza-----D-manitol

121

Oxidarea ozelor duce la diferiţi produşi ----Oxidarea la gruparea carbonil------formarea de acizi aldonici

-----Oxidarea protejată la gruparea primară C6 formează acizi uronici

Condensarea cu compuşi azotaţi conduce la azometine: formarea de Hb glicozilate prin condensarea glu cu grupări amino ale Val sau Lys din lanţurile α sau β ale Hb

Hb glicozilată este un parametru util în clinică ptr aprecierea glicemiei, fiind crescută la diabetici

Glucoza Acid gluconic

Acid glucuronic

122

Reacţii datorate grupării –OH -Esterificarea- esterificarea ozelor cu acidul fosforic, care constituie prima etapă în metabolizarea lor şi menţinerea lor în celulă

Glucozo-6-fosfat Fructozo-6-fosfatFructozo-1,6-bisfosfat

--Formarea de glicozide: glucozide (ale glu), galactozide (ale gal), fructozide (fructoza) -recţionează cu ROH -daca R este monozaharid ----rezultă di-şi polizaharide

metil-glucozida

123

7. Oligozaharide-sunt compuşi glucidici rezultaţi prin condensarea a 2-10 monozaharide între carea se stabioleşte o leg glicozidică

Dizaharidele sunt cele mai importante şi abundente oligizaharide.

Ex: zaharoza (sucroza)- este sintetizată de plante- conţine α-glucoză şi β-fructoză unite prin leg α-1,2-glicozidică

-maltoza- se formează în timpul digestiei amidonului:2 molec de glu unite prin leg α-1,4-glicozidică

- lactoza- prezentă în lapte-formată din β-gal şi α-glu legate prin leg β-1,4-glicozidică

Zaharoza

Lactoza

Maltoza

124

8. Polizaharide Polizaharidele sau glicanii sunt compuşi chimici care prin hidroliză chimică sau enzimatică formează monozaharide sau derivaţii acestora. Au rol: - structural (celuloza şi proteoglicanii) -energetic-forma sub care organismele vii îşi depozitează surplusul energetic: amidon şi glicogen

Homoglicani-polimeri ai unui singur tip de monozaharid: manani, galactozani, glicaniHeteroglicani –compuşi macromoleculari formaţi prin asocieri covalente între proteine şi glucide (mucopolizaharide)

Amidonul –forma de depozitare a glucozei în plante -polimer al glucozei care conţine 2 componente: amiloza –polimer liniar în care resturile de α-glu sunt unite prin leg α-1,4-glicozidicăAmilopectina- polimer ramificat format din α-glu unite prin leg α-1,4-glicozidică şi α-1,6-glicozidică Porţiunea liniară cuprinde 25-30 resturi de glu

125

Amiloza

Amilopectina

126

Glicogenul- principala formă de depozit a rezervelor glucidice din organism (în special în ficat şi muşchi) are structură asemănătoare cu amilopectina dar cu grad de ramificare mai marePolimer al glucozei - leg α-1,4-glicozidice şi α-1,6-glicozidice porţiunile liniare conţin 8-10 resturi glicozidice

Celuloza

Celuloza –polimer liniar în care molec de β-glucoză sunt unite prin leg β-1,4-glicozidice -nu este digerată de org uman deoarece nu avem echipamentul enzimatic necesar

127

Glicoproteine

Sunt compuşi formaţi din proteine care conţin fragmente oligozaharidice liniare sau ramificate, legate covalent prin leg N-sau O-glicozidice de lanţurile polipetidice.

Mucina, glicoproteină salivară, conţine multe leg O-glicozidice

Conţinutul glucidic al glicoproteinelor este de până la 60-80% din masa moleculei

Toate celulele umane şi fluidele conţin glicoproteine

Glicoproteinele conţin următoarele monozaharide: manoza, galactoza, N-acetil-glucozamina, N-acetil-galactozamina, pentoze (arabinoza, xiloza), metil-pentoze (L-fucoza), acizi sialici.

La formarea leg covalente participă în special N-acetil-glucozamina şi N-acetil-galactozamina (NAcGal) iar cealaltă extremitate a lanţului oligozaharidic este reprezentată de acidul sialic. Cea mai întâlnită leg este leg N-glicozidică utilizând ca monozaharid de leg N-acetil-glucozamina (NAcGlc)

128

Se disting 2 tipuri principale de oligozaharide N-glicozidice: -simple-care conţin exclusiv NAcGlc şi multe unităţi manozil; -complexe-care conţin în plus acid sialic, galactoză, NAcGalAmbele conţin un miez comun reprezentat de 3 resturi manozil şi 2 de NAcGlc legate de asparagină

129

Leg O-glicozidica la NAcGlc Leg N-glicozidica la NAcGlc

130

2. Mucinele Glicoproteine cu masă moleculară mare, secretate de celulele componente ale mucoaselor şi glandelorSe găsesc în salivă, suc gastric, suc intestinal Formează soluţii vâscoase care acţionează ca lubrefianţi şi protejează cavităţile corpului şi pielea

1. Biosinteza glicoproteinelor conţine următoarele etape:•Formarea unui oligozaharid precursor•Transferul oligozaharidului pe proteina acceptoare•Prelucrarea oligozaharidului precursor cu formarea glicoproteinelor mature, care conţin un fragment oligozaharidic specificPrimele 2 etape au loc în reticulul endoplasmic şi ultima în aparatul Golgi.

Glicoproteinele sunt transportate la locul unde trebuie să funcţioneze, orientarea lor spre membranele intercelulare sau plasmatică fiind decisă de o unitate monozaharidică variabilă.

131

Glicoproteinele au rol în:oProcesele de apărare şi recunoştere (imunoglobuline, factorii sistemului complement, interferon, receptori hormonali, fibronectina cu rol important în adeziunea celulară)

oTransportul unor compuşi endogeni şi exogeni (feririna, ceruloplasmina, factorul intrinsec, proteine care transportă hormoni)

oCoagulare (trombina, fibrinogenul)

oFormarea unor structuri intra- şi extra-celulare (colagen, elastina)

oProtejarea acestor structuri de împotriva unor factori mcanici, chimici, agresiuni microbiene

Activitatea biologică este realizată de partea proteică iar grupării glucidice îi revine rolul informaţional.

132

Proteoglicanii Biomolecule care conţin fragmente heteropolizaharidice neramificate, legate covalent de partea proteică a moleculei

Conţinutul în glucide este de 85-90%

Reprezintă componenta importantă a matrixului extracelular

Se găsesc în oase, cartilagii, cornee, dinţi

Conţine unităţi dizaharidice repetitive: o componentă este o hexozamină (glucozamina sau galactozamina) iar cealaltă este acidul glucuronic sau acidul iduronic (epimerul la C5)

Unităţile dizaharidice repetitive se mai numesc şi glucozaminoglicani (GAG) sau mucopolizaharide

133

Diferenţele structurale dintre GAG sunt: -natura monozaharidelor din unitatea dizaharidică - configuraţia anomerică şi poziţia leg glicozidice dintre unităţile dizaharidice -numărul şi localizarea grupărilor sulfat

Diferenţele minime din structura GAG dictează distribuţia lor (celulară şi intercelulară) şi funcţii biologice diferite.

Proteoglicanii sunt construiţi pe o axă de hialuronat care nu este legat covalent de proteine cum sunt ceilalţi GAG.

Proteinele care formează miezul proteic sunt dispuse lateral faţă de axa de hialuronat şi sunt legate de acesta prin intermediul unor proteine de legătură care stabilizează interacţiunile necovalente dintre hialuronat şi miezul proteic.

De miezul proteic sunt legate covalent prin leg O- şi N-glicozidice unităţi de condroitin sulfat, keratan sulfat şi heparan sulfat.

134

Tipuri de GAG:Acid hialuronic-este prezent în piele, corpul vitros, cordon ombilical, cartilagii. Este un polimer cu masă molec mare, constituit din acid glucuronic şi N-acetil-glucozamină, legate alternativ prin leg β-1,3-glucuronidice şi β-1,4-glucozaminidice. El se asociază cu condroitin- sulfatul

Condroitin-4-sulfat şi condroitin-6-sulfat- cei mai abundenţi GAG din cartilagii, cornee, artere. Sunt formaţi din acid glucuronic şi N-acetil-galactozamină, sulfatate în poziţiile 4 sau 6, legate prin leg β-1,3-glucuronidice şi β-1,4-galactozaminidice. Au rol foarte important în procesele de mineralitare din oase şi dinţi.

135

Dermatan sulfat se găseşte în piele, oase, vase şi are o structură similară cu a condroitin sulfaţilor dar în loc de acid glucuronic se găseşte acid iduronic.

Heparina-singurul GAG care se găseşte intracelular şi are rol anticoagulant prin combinarea specifică cu un factor al coagulării. De asemenea are rol în clarificarea plasmei prin eliberarea lipoprotein lipazei din pereţii capilarelor; enzima are drept substrat chilomicronii şi VLDL.

Keratan-sulfat- se găseşte în cartilagii şi cornee şi conţine galactoză şi N-acetil-glucozamină

136

Glicanii bacterieni şi formarea cariei dentareBacteriile produc polimeri extracelulari ai glucozei-glicaniStreprococcus mutans-bacterie care iniţiază producerea cariei dentare prin producerea unui polimer-mutanul- care promovează adeziunea S. mutans la placa dentarăMutanul-polimer al glucozei care conţine leg α-1,6 şi α-1,3 glicozidice care se formează din zaharoză în reacţii catalizate de glucozil transferazeZaharoza este glucidul alimentar cu cel mai mare potenţial cariogenic din cauza participării ei la sinteza mutanuluiAvând in vedere că este insolubil, permite colonizarea bacteriei S. mutans pe smalţul dentar.Glicoproteinele salivare se leagă pe suprafaţa dinţilor şi formează o peliculăBacteriile se leagă de glicoproteinele care formează pelicula şi se formează placa dentară. Prin calcifierea peliculei se formează piatra dentară.

Mutan

137

Fructanul

Fructanul –polimer al D-fructozei care conţine leg β-1,2glicozidiceFormează depozit glucidic extracelular care furnizează energie pentru bacteriile din constituţia plăcii dentareEste implicat secundar în cariogenezăDonorul de grupări fructozil este zaharoza

S. mutans- bacterie gram pozitivă care colonizează placa dentară. Agentul cariogen este acidul lactic, care se obţine în urma glicolizei anaerobe. Ca urmare, are loc scăderea pH-ului placii de la 6,8 la 5, pH la care acidul lactic dizolvă smalţul dentar.Sistemele tampon din salivă se opun variaţiei de pH.

138

139

Lipidele Sunt constituienţi ai organismelor vii, care se caracterizează prin insolubilitate în apă şi solubilitate în siolenţi organici.

Conţin catenă hidrocarbonată, hidrofobă cu număr mare de atomi de carbon.

Rol în organism: -reprezintă principala modalitate de depozitare a rezervelor energetice; -sunt izolatori termici, mecanici, electrici; -rol în procesul de recunoaştere celulară; -sunt constituienţi al membranelor celulare şi a structurilor intracelulare; - sunt vitamine, hormoni

1. Clasificare:•În funcţie de hidroliză: -saponificabile-care pot fi scindate prin hidroliză în elementele componente -nesaponificabile- care nu pot fi scindate prin hidroliză în elementele componente•În funcţie de structură: -lipide simple-care conţin în moleculă carbon, hidrogen şi oxigen): acil-gliceroli, ceruri, steride -lipide complexe-care conţin în moleculă şi azot şi fosfor: glicerofosfolipide, sfingolipide

140

2. Acizii graşiAG din structura lipidelor sunt AG saturaţi şi nesaturaţi. Cei mai întălniţi sunt acizii monocarboxilici cu catenă liniară, nr par de atomi de carbon şi cel puţin 4 atomi de C în moleculă.Ex. de AG saturaţi: acid butiric (C4), acid palmitic (C16), acid stearic (C18)

acid butiric acid palmitic

CH3-(CH2)16-COOH

acid stearic

AG nesaturaţi-se caracterizează prin prezenţa dublei legături (una sau mai multe) şi poziţia acestora : -acizi graţi mononesaturaţi: -acid oleic C18:Δ9 CH3-(CH2)5-CH=CH-(CH2)7-COOH şi acid palmitoleic C16: Δ9 CH3-(CH2)7-CH=CH-(CH2)7-COOH- acizi graţi polinesaturaţi- acid linoleic C18:Δ9,12 acid linolenic C18:Δ9,12,15 acid arahidonic C18:Δ5,8,11,14

Acizii linoleic, linolenic şi arahidonic sunt acizi graşi esenţiali (nu pot fi sintetizaţi de organism).AG nesaturaţi naturali au configuraţie cis şi asigură fluiditatea membranelor.