C1 - Materie Vie

8/18/2019 C1 - Materie Vie

1/30

Obiectul siimportantabiochimiei.

Materia vie.Conf. Dr. Ioana Lacatusu

Curs 1


2/30

Cuprins

1. Obiectul si importantabiochimiei

2. Materia vie

2.1. Caracteristici generale2.2. Compozitia chimica

• Bioelemente• Biomolecule

Obiectiv Curs 1

Intelegeraea notiunilorlegate de MATERIA VIE siprincipalele salecaracteristici biochimice.


3/30

1. Obiectul siimportantabiochimiei

BIOCHIMIA

•

Studiaza materia vie din punctde vedere al organizariimoleculare.

• Pune în evidenta transformarilebiochimice care se desfasoara

într-o celula vie.

« CHIMIA VIEŢII » Scopul principal al BIOCHIMIEI

Sa determine cum interactioneazamoleculele nevii (ex: Proteine, Glucide,

Lipide, Acizi nucleici ) din organsim(materia vie) pentru a realiza, mentinesi perpetua starea vie.


4/30

1. Organizaremoleculara

C ompoziţiachimica a

biomoleculelor

C onstituţiabiomoleculelor

Asamblareabiomoleculelor

C orelaţiile dintrebiomolecule

2. Transformaribiochimice

Procese de degradare prin care dinmolecule complexe se formeazacompusi simpli, cu generare de

energie (CATABOLISM)

Procese de biosinteza prin care dincompusi simpli (cu consum de energie )

se ajunge la compusi cu structuracomplexa (ANABOLISM)


5/30

1. Obiectul siimportantabiochimieiIntrebari la care BIOCHIMIA

poate raspunde:

1.

• Care este compozitia organismelor vii (ex: structura

chimica a principalelor componente din materia vie)?

2.

• Cum se asambleaza componentele simple pentru aforma structuri supramoleculare organizate (ex: celule,tesuturi, organisme)?

3.

• Cum sunt controlate şi reglate r . chimice din celulele

vii?

4.• Cum poate extrage materia vie energie din mediul

înconjurator?

5.

• Care sunt corelatiile dintre structura chimica aorganismelor si functia biologica ?

• Etc.


6/30

2. Materia vie.

MATERIA VIE:

• Formata din molecule nevii: • Proteine• Enzime• Glucide• Lipide• Acizi nucleici

• Are proprieta ţi specifice care NU caracterizeaza materia nevie.

2.1. Caracteristici generale


7/30

Materia vieGrad inalt de complexitate siorganizare a diferitelor tipuri deBiomolecule.

Fiecare Biomolecula a unui organism viuare o functie specifica .

Organismele vii capteaza şi utilizeazaenergia din mediul înconjurator pentru:

sinteza de molecule simple pe care

le asambleazã în biomolecule propriicu structurã complexã;locomoţie şi transport intercelular .

Materia nevie

Este formata dinamestecuri de compuşisimpli, cu organizarestructuralã redusã.

NU poate utiliza energiadin mediul înconjurãtorpentru menţinerea

organizarii sale structurale.Prin absorbţie de energieexternã (cãldurã sauluminã), materia nevie sedescompune.

2. Materia vie2.1. Caracteristici generale


8/30

Materia vie

Organismele vii sunt sisteme deschise ,care se afla în schimb permanent dematerie, energie şi informaţie cu mediulexterior.

Capacitatea de reproducere (deautoreplicare) în forme identice (masa,forma, structura interna) de la ogeneraţie la alta.

Aceasta caracteristica este “chintesenţa” starii vii.

Unitatea de baza, structurala sifunctionala a tuturor organismelor vii (aMATERIEI VII) este CELULA.

Materia nevie

NU se poatereproduce in formeidentice de la ogeneratie la alta.

2. Materia vie2.1. Caracteristici generale


9/30

2. Materia vie

Celule eucariote: a. Celula animala. b. Celula vegetala

Principalele functii ale CELULEI:

• de miscare,• de transport,• metabolice,• de diviziune celulara.

CELULA Componenta:• Membrana• Citoplasma• Nucleu

Caracteristici:• Organismele vii : ~ 10 14 celule;• Forma celulelor : sferica, cilindrica, prismatica, stelata;• Dimensiunea celulei animale: 20-100 mm (exista si celule

care au < 5 m m – bacteriile);• Masa celulei = de ordinul 10 -9 g.


10/30

A. Citoplasma

•

Lichid (de consistenta gelatinoasa) in care se gasesc suspendate alte structuricitoplasmatice (ex: organite celulare, diferite incluziuni).

• Contine 90% apa si 10% substante organice si anorganice

(Ex: Proteine; Enzime; ARN; molecule organice mici: aminoacizi, glucide, acizigrasi, nucleotide, vitamine; ioni anorganici; saruri etc).

2. Materia vie

a). Citosolul

• Masa celulara fundamentala ce se gasesteintre membrana celulara si nucleu.

• Alcatuita din:

a) Citosol (citoplasma fundamentala)b) Organite celulare (citoplasma

structurala)


11/30

Functii biochimice:

Sediul unor procese metabolice :• Glicoliza = descompunerea Glucozei (in ficat si

muschi) cu formare de Piruvat si eliberare de energie.• Sinteza acizilor grasi• Sinteza si catabolismul Glicogenului

Majoritatea activitatilor celulare care necesita consumde energie au loc in citoplasma.

Au structuri complexe si manifesta functii specifice.

Exemple: Reticul endoplasmatic, Mitocondri, Ribozomi,Aparatul Golgi, Lizozomi, Corpusculi Nissl etc.

a). Citosolul

b). Organitele celulare

2. Materia vie

Citoplasma

Nucleu

Membranaplasmatica

Organite

Functii biochimice:

Majoritatea r. chimice prin care se elibereaza Energie au loc in mitocondrii (generare ATP).

Procese metabolice ce au loc in mitocondrii:• ciclul Krebs (ciclul ac. citric) = genera re de energie prin oxidarea acetatului ( e.g. piruvat )

provenit din carbohidrati, lipide și proteine în CO 2 și electroni. • -oxidarea acizilor grasi• Sinteza si catabolismul corpilor cetonici

Producerea ATP = metabolism aerobic = respiratie celulara.Metabolismul aerobic in mitocondrii produce ~95% din ATP-ul necesar pentru a mentine o celula vie.


12/30

2. Materia vie.

• Componenta celulei specializata incoordonarea si reglarea activitatii celulare .

• Este “centrul de comanda al celulelor ” = trimitedirectii catre celula legate de crestere,maturare, divizare sau moarte.

• Are forma sferica sau ovala (diametru ~ 10 m).

• Continutul fluidului din nucleu = nucleoplasma.

B. Nucleul

Functiile nucleului:

Contine ,,setul complet de gene” compus din

ADN (pastrat si replicat).

Prin ,,informatia genetică” se transmitcaracterele ereditare de la o generatie la alta.

• Constituie invelisul extern al celulei.• Are rolul de a separa si proteja celula de mediul extracelular.•

Controleaza schimbul de substante dintre celula si mediul extern.

C. Membrane plasmatica


13/30

Materia vie• Este caracterizata printr-un flux:

• autoorganizare,• autoreglare,• autoreplicare (reproducere).

• Este UNITARA din punct de vederematerial (desi exista într-o marevarietate de forme) la toate formele de

viaţ a.

C ompoziţie chimic a şi organizarebiochimica similara pentru toateformele de viata.

2.1. Caracteristici generale

2. Materia vie

In CONCLUZIE …………


14/30

2. Materia vie.Organismele vii sunt formate din:• Bioelemente (de natura anorganica)• Biomolecule (de natura organica dar

si anorganica)

2.2. Compozitia chimica

Compozitia chimica aorganismelor vii este diferitade cea a mediului in caretraiesc.

Ex: Siliciu - element cuabundenta terestra mare(28%), NU este prezent inorganismele vii.


15/30

2. Materia vie.


Procente de masa ale elementelordin corpul uman*:

O 65 % Ca 2 % C 18 % P 1 %

H 10 % S, K 0,3 % N 3 % Na, Cl 0,2 %

Mg, Fe etc. < 0.1%

2.2.1. Bioelemente

• Abundenta O si H in organismelevii poate fi corelata cu rolul

major al APEI pentru organism.• Corpul uman este format din

60-70% H 2O (functie de varsta,sex, etc.).

Bioelemente comune oricarei forme

de viata:1. Sextetul de metaloizi (~ 97%

din totalul Bioelementelor):O, C, H, N, P, S

2. Heptetul de metale :

Na, K, Ca, Mg, Fe, Co, Mn* % pot fi usor variabile; % includ si apa.


16/30

2. Materia vie.

APA

constituentul major al tuturor org. vii (repartizata invasele sanguine, vasele limfatice, spatii intra- siextracelulare etc.).

in organism este repartizata:~50% in compartimentele extracelulare;~20% in compartimentele intratracelulare.

MINERALELE

• substante anorganice (Ca, Mg, P, Fe, Mn, K, S, Cl, I,Zn etc.);

•

elemente nutritive necesare organismului (preluatedin produsele alimentare);

• sunt esentiale pentru functionarea corecta aorganismului (au rol in activitatea celulara, in ceaenzimatica si in cea hormonala; asigura echilibrulapei din organism si sanatatea sistemului osos etc.).

• reprez. 4-7% din greutatea totala a corpului.

Apa si Mineralele din organism


17/30

Macrobioelemente (plastice):

O, C, H, N, P, S (sextet de metaloizi) Na +, K +, Ca 2+ ,

Mg 2+ , Fe 2+ , Cl -

BIOELEMENTE Microbioelemente

/Oligobioelemente: Zn 2+ , Mn 2+ , Cu 2+ , I-, Co 2+

(functie deabundenta lor

naturala)

Ultramicrobio-elemente:(cantit. f. mici)

Sr 2+ , Ag +, Ba 2+

COMPOZIŢIACHIMICA

Apa

Anorganice: Saruri minerale:fosfaţi, bicarbonaţi , sulfaţi, cloruri

BIOMOLECULE

Organice: Glucide, Proteine, Lipide (rol plastic şi energetic)

Enzime ( rol catal i t ic) Acizi nucleici ( rol informaţional )

Vitamine, Hormoni

(ro l d e reglare)

2. Materia vie.2.2. Compozitia chimica


18/30

Elemente importante ce se regasesc in celulele vii:• Casute rosii: cele mai abundente elemente (sextetul de metaloizi);• Casute mov : ionii esentiali din organism;• Casute albatru inchis: elemente ce se regasesc in cantitati foarte mici (urme);• Casute albatru deschis: elemente mai putin intalnite.

2. Materia vie.2.2.1. Bioelemente


19/30

2. Materia vie.2.2. Compozitia chimica

S – element important în compoziţiaproteinelor.P – rol esenţial în structura acizilornucleici, a fosfolipidelor şi în metabolism .Ca, Fe, Zn, Co etc. – rol esenţial înstructura unor vitamine si enzime.

• Elementele C, H, O, N sunt foarteimportante pentru materia vie datoritãcapacita ţii lor de a forma:LEG. COVALENTE si LEG. DE HIDROGEN.

Capacitatea atomilor de O şi H de a forma leg. de hidrogen

permite crearea unor structurimoleculare tridimensionale , cufuncţi i biologice importante(Ex: Proteine, Acizi nucleici etc.).Stabilitatea leg. C-C si posibilitatea atomilor

de C de a forma legaturi covalente simple,duble si triple (cu atomii de O si N) explicavarietatea de compuşi chimici întâlniţi în

materia vie (Tabel).

2.2.1. Bioelemente


20/30

2.2. Compozitia chimica2. Materia vie.

Structuri generale ale unorcompusi prezenti în materia vie:

a. Compusi organici,b. Grupari functionale,c. Legaturi uzuale in biochimie.

R = grupare alchil, CH 3 – (CH 2)n –

*In majoritatea mediilor biologice:

• Acizii carboxilici exista sub formade anioni carboxilat:

• Aminele exista sub forma de ionide amoniu:


21/30

2. Materia vie.

Obs: Intr-o CELULA din org. vii se gasesc simultan foarte multe tipuri de BIOMOLECULE (ex sute de tipuri de biomolecule).

2.2.2. BIOMOLECULE

BIOMOLECULELEdin organism sunt foarte variate si

de o complexitate structurala ridicata:• Macromolecule: Proteine, Polizaharide, Lipide,

Acizi nucleici;

• Molecule mici (intermediari metabolici): Aminoacizi, Mono- si dizaharide, Vitamine; saruri

minerale, apa etc.

• BIOMOLECULE = Molecule sau

ansambluri de molecule (in generalde natura organica) prezente inorganismele vii*.

• Asigura organizarea biochimicastructurala si functionala specificaorganismelor vii.

• Indeplineste mai multe functiibiologice in celula.


22/30

2. Materia vie.

2.2.2. BIOMOLECULE


In ORGANISMELE VII au fost identificate~10 12 Protein e si ~10 10 Acizi nucleici , dar suntcunoscute structurile pentru numai ~10 6.

Se cunoaste structura exacta a unei proportii f.mici din totalul BIOMOLECULELOR existente inorganism.

In organismul uman se gasesc ~10 000 detipuri diferite de Proteine .

Exemplu: Bacteria Escherichia coli contine:~3 000 de tipuri diferite de Proteine , ~1000 de tipuri de Acizi nucleici .

Escherichia coli


23/30


24/30

BIOMOLECULELE organismelor vii sunt organizateintr-o ierarhie de o complexitate molecularaprogresiva.

• Toate biomoleculele deriva din precursorifoarte simpli , cu masa moleculara mica,obtinuti din mediu (ex: CO 2, H2O, NH 3).

• Precursorii simpli sunt transformati de catremateria vie in compusi organici cu masamoleculara mai mare (Biomolecule de bazasau Unitati constituente),

• Biomolecule de baza se asambleaza formand

MACROMOLECULE cu funcţii specif ice.• Macromoleculele diferitelor clase se asociaza

intre ele formand sisteme supramoleculare:Lipoproteine (complecsi ai Lipidelor cuProteine );Ribozomi (complecsi ai Acizilor nucleici cuProteine ).

2.2.2. BIOMOLECULE


2. Materia vie.


25/30

Organite celulare

Sisteme supramoleculare(M = 10 6 – 10 9)

MACROMOLECULE(M = 10 3 – 10 9)

BIOMOLECULE de baza(M = 100 – 350)

Intermediari metabolici(M = 50 – 250)

Precursori din mediu(M = 18 – 44)

• Celula• Nucleu•

Mitocondrie• Corpusculi Golg i

• Ribozomi• Lipoproteine• Sisteme contractile• Microtubuli

• Acizi nucleici• Proteine• Polizaharide• Lipide (Obs. consideratearbitrar drept macromolecule) • Nucleotide

• Aminoacizi• Mono- si oligozaharide• Acizi grasi• Gliceroli

• Piruvat• Citrat• 3 – fosfat gliceraldehida

• Dioxid de carbon• Apa• Amoniac

Ierarhia organizariimoleculare a biomoleculelor

2. Materia vie.

1

2

3

4

5

6


26/30

In complecsii supramoleculari ,macromoleculele componente NUsunt legate covalent intre ele.

Biomoleculele de baza se leaga intre ele prin legaturi covalente formandmacromoleculele proprii celulei, cu mase moleculare relativ mari (Figura).

Tipuri de legaturi in biomolecule

2. Materia vie.

Nivel 2 (Macro-molecule)

Perete celular

Celuloza

Nivel 4 (Celula siorganitele celulare)

Nivel 3 (Complecsisupramoleculari)

Nivel 1 (Unitatimonomere)

Glucide

Proteina

Membrana plasmatica

Cromozomi Aminoacizi

-

Nucleodide

-

ADN

-

Exemplu: In ribozomi , acizii nucleici si proteinele sunt uniti prin:

• leg. de H (forte slabe noncovalente)•

interactii hidrofobe • forte van der Waals

2 M i i


27/30

Structura tertiara a unei PROTEINE

2. Materia vie.

Legaturi de hidrogen

Atractii electrostatice ce apar intre moleculele polare,care au loc atunci cand un atom de H este legat deun atom cu electronegativitate mare (N, O, F).Pot fi:

• intermoleculare (intre molecule diferite)• intramoleculare (intre gruparile fct. ale unei

singure molecule)

Interactii hidrofobe• Sunt datorate tendintei resturilor hidrofobe

(lipofile) de a fi atrase intre ele.• Sunt importante pentru plierea Proteinelor (aspet

esential pt. supravietuirea acestora/proteina

biologic activa).

Legaturi ionice = leg. puternica ceimplica interactii intre grupari cu sarcinaopusa (ex: NH 3+ si – COO – )

Legaturi disulfurice = sunt leg. covalente puternice,formate in general prin oxidarea gr. sulfhidril ( – SH):

2 R – SH R – S – S – R + 2 H + +

Tipuri de legaturi in PROTEINE

2 M i i


28/30

PROTEINELE(Cursuri 2, 3, 4, 5)

• Rol plastic (sunt elemente structurale ale membranei celulare, citoplasmei,organitelor subcelulare etc.);

• Rol energetic (in urma r. catabolice se elibereaza energie utilizata inprocese vitale);

• Rol de aparare (îndeplinit de proteinele specifice din clasaImunoglobulinelor ).

2. Materia vie.

Sumarizarea principalelor functii biologice ale BIOMOLECULELOR*

* Functiile biologice ale PROTEINELOR, LIPIDELOR, CARBOHIDRATILOR, AC. NUCLEICI = tratate pe larg in cadrul fiecarei clase.

ENZIME (Cursuri 6, 7, 8)

• Principalii catalizatori ai tuturor reactiilor din

organism;• Permit desfasurarea reactiilor chimice necesare

multiplicarii celulare;• Rol esential in procesele de digestie a hranei

(fragmenteaza componentele alimentare invederea absorbtiei nutrientilor in sange).

2 M i i


29/30

LIPIDELE(Cursuri 9, 10)

• Rol energetic - furnizeaza organismului energia necesară unei bunefuncţionări (mai eficiente decât Proteinele și G lucidele ).

Ex: 1g Lipide elibereaza 9,3 kcal (Glucidele 4 kcal/g , Proteinele 4,5 kcal/g )• Rol plastic - sunt componentii structurali principali ai membranelor celulare ,

organite lor celulare etc.)• Rol de transport al anumitor Proteine, Hormoni, Vitamine liposolubile etc.

CARBOHIDRATII (Cursuri 11, 12, 13)

• Sunt furnizori de energie pentru toate celulele;•

Servesc ca forme de depozitare (sunt stocate in ficat si muchi ca energie derezerva );• Participa la sinteza Lipidelor, a Acizilor nucleici etc.

ACIZII NUCLEICI (Curs 14)• Servesc pretutindeni la depozitarea si transmiterea informatiei genetice.

2. Materia vie.

Principalele functii biologice ale BIOMOLECULELOR


30/30

C1 - Materie Vie

Documents

Transcript of C1 - Materie Vie