CATEDRA DE BIOCHIMIE MEDICALĂŞeful catedrei: Prof.Dr. Ileana OlteanuMembrii:

Conf. Dr. Ioana BrudascaConf. Dr. Alexandra CraciunConf. Dr. Luminiţa DiaconescuConf. Dr. Maria DroncaConf. Dr. Cristina DruganŞef de lucrări Dr.Tiberiu NistorŞef de lucrări Dr. Lucia ProcopciucŞef de lucrări Dr. Lucia DicanAsistent Ciprian SilaghiAsistent Razvan Rusu

Ce este biochimia?Punte de legătură dintre– Chimie, stiinţa ce studiază:

• structura atomilor şi moleculelor• interacţiunile lor

– Biologie, stiinţa ce studiază:• structura celulelor şi organismelor• interacţiunile lor

Stiinţa care studiază organismele vii la nivel molecular

Scopul principal al biochimiei

De a determinamodul cum interacţionează variatele molecule

din organismele vii pentru a

constitui, menţine şi perpetua viaţa.

Domeniile principale ale biochimiei

Structura şi funcţia biologică a compuşilorchimici ce alcătuiesc organismele vii. Relaţia structură-funcţie.

Totalitatea transformărilor chimice din organismele vii (metabolism)

Mecanismul stocării şi transmiterii informaţieigenetice

PROGRAMA ANALITICǍBIOCHIMIE MEDICALǍ – Sem I

• AMINOACIZI • PEPTIDE • PROTEINE

– STRUCTURǍ– RELAŢIA STRUCTURǍ-FUNCŢIE

MioglobinaHemoglobinaAlbuminaImunoglobulineColagenElastina

• ENZIME• COFACTORI ENZIMATICI • VITAMINE • RECEPTORI• NUCLEOTDE & ACIZI NUCLEICI

TEMATICA CURSULUI 1Aminoacizi

– Formula generală– Importanţa biomedicală– Standard & Nonstandard– Esenţiali & Neesenţiali– Clasificare funcţie de structura şi polaritatea radicalului– Denumiri. Abrevieri– Proprietăţi optice & spectrale– Proprietăţi acido-bazice. Relaţia Henderson-Hasselbalch– Incărcare electrică la pH fizilogic– Sisteme tampon

Peptide– Importanţa biomedicală– Caracteristici structurale– Definiţie & Denumire– Proprietati– Clasificare– Semnificaţie biologica– Peptide naturale (ex. familia POMC, ocitocină, vasopresină , glutation)– Peptide artificiale (ex. aspartam)

TEMATICA CURSULUI 2

Proteine– Importanţa biomedicală– Clasificare– Nivele de organizare structurală– Impachetarea proteinelor– Denaturarea proteinelor– Proteine « chaperon »

AMINOACIZI- Formula generală

H3N+ C

H

COO-

Rα

Partea comună tuturoraminoacizilor

Radicalul este caracteristicfiecărui aminoacid

Carbonul α se găseşte întregrupările carboxil şi amino

Grupareamino

Gruparecarboxil

AMINOACIZI

Grupările α-carboxil şi α-amino sunt implicate în formarea legăturii peptidice

α

R

H

C C

H

RαNH CO NH CO

Radicalii determinăproprietăţile proteinei

Importanta biomedicala• Unitati de constructie ale proteinelor• Precursori ai unor compusi cu importante roluri biologice

– Tyr → Catecolamine→ Melanina

– Trp → Serotonina→ Melatonina

– Arg → Creatina– His → Histamina– Glu → GABA (acid gama aminobutiric)– Met → SAM (S-Adenozil metionina)– Asp, Gln → Nucleotide – Arg → NO

• Neuromediatori: Glu• Sursa de energie

AMINOACIZI

AMINOACIZI STANDARD= amino acizii codificaţi genetic

AMINOACIZI CLASIFICARE – structura R

I. Monoamino monocarboxilici

Radical alifatic

GlicinaAlaninaValinaLeucinaIzoleucina

subsituitnesubstituit

hidroxilici

Aminoacizi* standard

SerinaTreonina

tiolici & tioeterici

CisteinaMetionina

amidici

AsparaginaGlutamina

aciclic ciclic

nesubstituit

*iminoacid

Prolina

Radical aromatic

nesubstituit

substituit

Fenilalanina

Tirozina

fenolic

heterociclic

Triptofan

homociclic

AMINOACIZI CLASIFICARE – Structura R

II. Monoamino dicarboxilici

Aminoacizi standard

Acidul aspartic (asparagic)Acidul glutamic

III. Diamino monocarboxiliciLizina (ε-amino)

Histidina (β-imidazol)

Arginina (δ-guanidino)

α-AMINOACIZI AMINOACIZI

Monoamino monocarboxilici

Glicina Gly G Alanina Ala A Valina Val V Leucina Leu L Izoleucina Ile I

H3N+ C H

COO-

H

COO-

HCH3N+

COO-

HCH3N+

COO-

HCH3N+

COO-

HCH3N+

CH3 CH

CH3H3C

CH2

H3C CH3

CH

CH CH3

CH2

CH3

Alifatici, aciclici, nesubstituiti

AMINOACIZI Monoamino monocarboxilici

Serina Ser S Treonina Thr T Cisteina Cys C Metionina Met M

COO-

HCH3N+

COO-

HCH3N+

COO-

HCH3N+

OH

CH

CH3

OH CH2

SH

Hidroxilici Tiolici

CH2

H3N+ C H

COO-

CH2

S

CH3

Tioeterici

CH2

Alifatici, aciclici, substituiti

AMINOACIZI Monoamino monocarboxilici

COO-

HCH3N+

COO-

HCH3N+

CH2

CO NH2

NH2OC

CH2

CH2

Amidici

Asparagina Asn N Glutamina Gln Q

AMINOACIZI Monoamino monocarboxilici

Alifatici, ciclici,nesubstituiti

Aromatici

H3N+ C H

COO-

H3N+ C H

COO-

H3N+ C H

COO-

CH2 CH2 CH2

OH

NH

H2

H2

H2 COO-CHC

C CH2

N+

Iminoacid

Prolina Pro P Fenilalanina Phe F Tirozina Tyr Y Triptofan Trp W

Monoamino dicarboxilici

CH2

CH2CH2

H3N+ C H

COO-

H3N+ C H

COO-

COO-

COO-

Aspartat Asp D Glutamat Glu E

AMINOACIZI

AMINOACIZIDiamino monocarboxilici

COO-

HCH3N+

CH2

COO-

HCH3N+

CH2

COO-

HCH3N+

CH2

CH2

CH2

CH2

NH3+

CH2

CH2

NH

CNH2H2N+

N NH+

H

Lizina Lys K Arginina Arg R Histidina His H

AMINOACIZI - DenumiriDenumire radicalDenumire uzuala Denumire stiintifica

AlaninaAspartatAsparaginaArgininaCisteinaFenilalaninaGlicina (glicocol)GlutamatGlutaminaHistidinaIzoleucinaLeucinaLizinaMetioninaProlinaSerinaTirozinaTreoninaTriptofanValina

Acid α-amino propionicAcid α-Amino succinicγ-Monoamida acidului asparticAcid α-amino, δ-guanidino valerianicAcid α-amino, β-mercapto propionicAcid α-amino, β-fenil propionicAcid α-amino aceticAcid α-Amino glutaricδ-Monoamida acidului glutamicAcid α-amino, β-imidazol propionicAcid α-amino, β-metil valerianicAcid α-amino izocaproicAcid α, ε -diamino caproicAcid α-amino, γ-tiometil butiricAcid pirolidin-2-carboxilicAcid α-amino, β-hidroxi propionicAcid α-amino, β-p-hidroxifenil propionicAcid α-amino, β-hidroxi butiricAcid α-amino, β-3-indolil propionicAcid α-amino izovalerianic

AlanilAspartilAsparaginilArginilCisteinilFenilalanilGlicilGlutamilGlutaminilHistidilIzoleucilLeucilArginilMetionilProlilSerilTirozilTreonilTriptofanilValil

AlaAspAsnArgCisPheGlyGluGlnHisIleLeuArgMetProSerTyrThrTrpVal

Abreviere

AMINOACIZI CLASIFICARE – polaritatea RAminoacizi standard

(complet protonaţi)alcătuiţi din

Grupare carboxil(-COOH)

Deprotonată (COO-)la pH fiziologic

Grupare α-amino(-NH3

+)

Protonată (NH3+)

la pH fiziologic

Radical (20 tipuri)(R)

Radical nepolarhidrofob

AlaninaValinaLeucinaIzoleucinaProlinaMetioninaFenilalaninaTriptofan

BasicProtonat, pozitiv

NeutruNeîncărcat electric

AspartatGlutamat

ArgininaHistidinaLizina (la pH6)

GlicinaCisteinaSerinaTreoninaTirozinaAsparaginaGlutamina

Radical polarhidrofil

Acid deprotonat, negativ

La pH fiziologic

Localizarea aminoacizilor nepolari în proteine

Hidrosolubile Membranare

Aminoacizii nepolari formează“miezul” proteinei

evită contactul cu mediul apos

Aminoacizii nepolari “căptuşesc”suprafaţa proteinei

sunt în contact cu mediul lipidic

Aminoacizi nonstandard – existenţi în proteine

Nu sunt codificaţi genetic

Se formează prin modificare post-translaţională a aminoacizilor standard!

5-Hidroxilizina, 5-Hidroxiprolina, allizina → Colagen

N-metil lizina → Actină

Acidul γ-carboxi glutamic → Factori ai coagulării

Cistina → Insulină, albumină, imunoglobuline etc.

Fosfo serina, fosfo tirozina → Enzime reglatoare

N-Acetilglucozamin asparagina → Glicoproteine cu legatură N-glicozidică

N-Acetilgalactozil serina – Glicoproteine cu legatură O-glicozidică

Aminoacizi nonstandard – existenţi în proteine

NH

COOH

HO CH2 CH NH2

COOH

CH2 CH2CHH2N

OH

CH2CH2

COOH

NH2CHCH2HCO

4-Hidroxi prolina 5-Hidroxi lizina Allizina

CH2CH2

COOH

NH2CHCH2 CH2HN

CH3

NH2

COOH

CH2HOOC CHCH

COOH

CH NH2

COOH

CH2PO

OHOHO

CH2

CH2

S

S

COOHNH2CH

COOHNH2CH

N-metil lizina Acid γ-carboxi glutamic Fosfo serina

γ

Cistina

Nu sunt codificaţi genetic

Sunt componente ale unor coenzime, neuromediatori, intermediari metabolici

Aminoacizi nonstandard – neexistenţi în proteine

β- Alanina →Coenzima A

Acidul γ-aminobutiric = Neuromediator

Homocisteina = Intermediar în metabolismul Met

Ornitina, citrulina = Intermediari în sinteza ureei

5-Hidroxi triptofanul = Intermediar în sinteza serotoninei, melatoninei

Aminoacizi nonstandard – neexistenţi în proteine

Ornitina Citrulina

H2Nδ

CH2CH2

COOH

NH2CHCH2δ

CH2CH2

COOH

NH2CHCH2HN

C OH2N

NH

CH2 CH COOH

NH2

HOCH2CH2HS

COOH

NH2CH

Homocisteina 5-Hidroxi triptofan

CH

COOH

CH2H2Nβ

CHCH2 CH2

COOH

H2Nγ

β-Alanina Acid γ-aminobutiric

Aminoacizi esenţiali

Aminoacizi standard care nu pot fi sintetizaţi în organismul uman, decitrebuie sa fie preluaţi din alimente

Aminoacizi ramificaţi: Val, Leu, Ile

Aminoacizi aromatici: Phe, trp

Aminoacizi bazici: Lys, His, Arg (numai în situaţii speciale)

Aminoacizi hidroxilici: Thr

Aminoacizi cu sulf: Met

Aminoacizi – Proprietăţi opticeToţi aminoacizii (cu exceptia Gly) au cel puţin un centru asimetric (carbon cu 4 substituenţi diferiţi) = carbonul α

Carbonul α = chiral sau optic activ

Aminoacizii cu carbon chiral pot avea 2 stereoizomeri (enantiomeri), notati D şiL, care se găsesc în relaţia obiect-imagineîn oglindăToţi aminoacizii din proteine sunt L-aminoacizi

Aminoacizi - Proprietăţi spectraleAminoacizii aromatici prezintă un maxim de absorbţie în UV la λ ~ 280nm

Acizii slabi sunt parţial disociati

Echilibrul de disociere este caracterizat de constanta de aciditate

Relaţia cantitativă dintre concentraţia acidului slab [HA] şi concentraţia bazeiconjugate [A-] este descrisă de ecuaţia Henderson-Hasselbalch

Aminoacizi - Proprietăţi acido-bazice

HA H+ + A-

Acid slab Proton SareBaza conjugata

][]][[

HAAHKa

−+

=

][][log

HAApKapH

−

+=

Soluţie tampon dpdv compoziţional:acid slab + bază conjugată (-COOH / -COO-)baza slabă + acid conjugat (-NH2 / -NH3

+)

Soluţie tampon dpdv funcţional:Se opune variaţiilor de pH când se adaugă cantităţi limitate de acid sau bază tare

Capacitatea maximă de tamponare corespundepH = pKa ± 1 unde pKa = - log Ka

La pH < pKa predomină forma protonată (-COOH)pH > pKa predomină forma deprotonată (-COO-)

Aminoacizi – Soluţii tampon

Curba de titrare a acidului acetic

Curba titrare a glicocolului

Peptide - DefiniţiePeptide = combinaţii de tip amidic rezultate prin condensarea a 2 sau mai

multe molecule de aminocizi= succesiune de aminoacizi legaţi prin legatură peptidică

Succesiune constantă de legături peptidice separate prin Cα

Radicali diferiţi legaţi de Cα

Peptide - DenumireSe denumesc succesiv radicalii aminoacizilor începând cu capătul N-terminal

Ser-Gly-Tyr-Ala-Leu = Seril-Glicil-Tirozil-Alanil-Leucina

Peptide -ProprietăţiLa pH = 7 grupările carboxilice sunt deprotonate, iar grupările amino sunt protonate

La pH = pH izoelectric încărcarea electrică netă = 0, ca urmare solubilitatea în apăeste minimă şi viteza de migrare în câmp electric = 0

Peptide – ClasificareFuncţie de numărul aminoacizilor componenţi• Oligopeptide = peptide formate din câţiva aminoacizi

– dipeptide– tripeptide– tetrapeptide, etc

• Polipeptide = peptide formate din < 50 aminoacizi= peptide cu GM <10000

Funcţie de modul cum sunt sintetizate• Peptide ribozomale = peptide sintetizate prin traducere folosind ca matriţă ARN

mesager; în general au rolul de hormoni sau molecule de semnalizare.Exemplu: peptidele din familia pro-opiomelanocortinei, glucagonul, angiotensina, vasopresina, oxitocina etc.

• Peptide nonribozomale = peptide sintetizate prin condensări succesive de aminoacizi catalizate de enzime specifice. Exemplu: glutation = γ-Glu-Cys-Gly

• Peptide artificiale = sintetizate prin sinteza chimicaExemplu: aspartam

Peptide – Semnificaţie biologică

Denumire Structura Functie Sinteza

Calcitonina 32 Aminoacizi Hipocalcemiant Celulele C adiacente celulelor foliculareale tiroidei

Glucagonul 29 Aminoacizi Hiperglicemiant Celulele α din insulele Langerhans ale pancreasului

Secretina 27 Aminoacizi Stimulează secreţia de H2O şi HCO3

- de cătrepancreas

Celulele S din duoden şi jejunul proximal

ACTH 39 Aminoacizi Controleaza dezvoltareacortexului adrenalelor sisinteza de steroizi

Celulele corticotrope ale adenohipofizei

Vasopresina 9 Aminoacizi Regleaza eliminarearenala de H2O

Nucleul supraoptic al al hipotalamusului

Oxitocina 9 Aminoacizi Regleaza contracţiamuşchiului neted al uterului şi a celulelormioepiteliale ce înconjoarăalveolele mamare

Nucleul paraventricular al hipotalamusului

α-Endorfina 16 Aminoacizi Analgezic, euforicasemănător morfinei

Celulele corticotrope ale adenohipofizeisub forma de POMC

Familia pro-opiomelanocortinei (POMC)

Clivarea POMC depinde de ţesut

ACTH- Structura

Fragment 1 (Aa 1-4) = interacţionează cu receptorii melanoforiFragment 2 (Aa 5-10 = măreste activitatea fragmentului 1 de 1000xFragment 3 (Aa 11-14) = măreste activitatea fragmentului 1 de 1000xFragment 4 (Aa 15-18) = adaptează “cuvintele” 1,2 si 3 la receptorul suprarenal introducând activităţile

corticotrope si corticotrofe, reduce activitatea melanoforeticăFragment 5 (Aa 19-24) = stabilizează hormonul în timpul transportuluiFragment 6 (Aa 25-33) = stabilizează hormonul în timpul transportuluiFragment 7 (Aa 34-39) = determină specificitatea de specie, induce formarea de anticorpi la alte specii

ACTH- Rol

Stimulează secreţia de hormoni corticosuprarenali⇒ intensificarea

catabolismului proteic şi lipidicgluconeogenezei

Vasopresina & Oxitocina

Vasopresina

Oxitocina

AntidiureticVasopresor

Determină

• declanşarea contracţiilor uterului gravid

• secreţia laptelui din glanda mamară

Tripeptida naturală – GlutationCaracteristicile sintezei:

• condensare succesivă a aminoacizilor Glu, Cys, Glycatalizată de sintetaze specifice

• nu este necesară prezenta unei de matrice (ARNm)

Glutation – Roluri biologice

Antioxidant major

ajută la descompunea H2O2, reciclizează alţi antioxidanţi (vitaminele C, E)

Reducător intracelular

ajută la menţinerea gr. SH şi la rearanjarea punţilor S-S din proteine

Cosubstrat al gamaglutamil transpeptidazei (γGT)

ajută la transportul aminoacizilor prin membrana celulară

Component al leucotrienei C4 (LTC4), hormon local cu rol în inflamaţie

Implicat în eliminarea metalelor grele, toxinelor, medicamentelor

Rolul GSH în protejarea celulelor faţă de SRO

Forma oxidată a glutationului

Rolul GSH în transportul aminoacizilor

Aa + GSH γGlu-Aa + Cys-Gly

Aa

Oxoprolina

γGT

Rolul GSH in “conjugarea” xenobioticelor

R-SH + GSH R-S-S-

γGlu

Cys

Gly

Dipeptida artificială

“Educaţia a dat naştere la o vastăpopulaţie capabilă să citească, darincapabilă să distingă ceea ce merităsă fie citit”

Charles Darwin

“Ignoranţa este noaptea minţii, dar o noapte fără lună şi stele”

“A studia şi a nu gândi este o risipă. A gândi şi a nu studia este periculos”

Confucius

“Omul este constituit din corp,minte şiimaginaţie.

Corpul omului este imperfect, mintea lui nedemnă de încredere,

dar imaginaţia lui l-a făcut remarcabil”James B. Conan

(chimist, prof. la Harvard)