Curs Biokimie

40
Peptidele Dintre toate reactiile pe care le realizaeaza α- aminoacizii,cea mai importanta este reactia de condensare intre acestia prin intermediul celor 2 grupari(carboxil si amino) cu formarea legaturilor peptidice . Atunci cand 2 sau mai multe specii de AA condenseaza intre ele prin intermediul altor grupari decat α,nu se constituie o legatura peptidica,ci o legatura amidica substituita. Prin conventie,un α-AA in condensare cu alt AA se scrie de la stanga la dreapta cu gr.amino,respectiv carboxil astfel incat produsul rezultat(peptid sau polipeptid) sa fie scris incepand din stanga cu gr.amino si in capatul din dreapta sa fie gruparea carboxil. Daca in molecula peptidelor se intalnesc cateva resturi de AA,in polipeptidelor se intalnesc sute de resturi de AA,in timp ce in proteinelor se intalnesc de la cateva sute pana la cateva mii de AA in aceeasi molecula.. In constituirea leagturilor peptidice se intalnesc alaturi de electronii π si electroni neparticipanti N in pozitii favorabile extinderii deplsarii lor in spatiu. De aceea electronii neparticipanti de pe atomul de N intra in conjugare cu electronii π din legatura,oxigenul- electronegativ,iar atomul de N-electropozitiv. Procesul de deplasare poate fi si reversibil si de aceea la nivelul intregii legaturi peptidice se constituie un nor electronic-imprima stabilitate in care apar doar sarcini electrice partiale si despartite. Consecinta: Legatura peptidica prezinta polaritate -toti atomii inscriindu-se in acelasi plan,iar norul electronic realizat induce o rigiditate a acestei entitati. Atomul de N din legatura peptidica chiar daca este electronegativa prin incarcarea de sarcina partial pozitiva nu mai poate constitui legaturi de H cu atomul de H din interiorul sau exteriorul moleculei. Comportarea acido-bazica a peptidelor si polipeptidelor

Transcript of Curs Biokimie

Page 1: Curs Biokimie

Peptidele

Dintre toate reactiile pe care le realizaeaza α-aminoacizii,cea mai importanta este reactia de condensare intre acestia prin intermediul celor 2 grupari(carboxil si amino) cu formarea legaturilor peptidice. Atunci cand 2 sau mai multe specii de AA condenseaza intre ele prin intermediul altor grupari decat α,nu se constituie o legatura peptidica,ci o legatura amidica substituita. Prin conventie,un α-AA in condensare cu alt AA se scrie de la stanga la dreapta cu gr.amino,respectiv carboxil astfel incat produsul rezultat(peptid sau polipeptid) sa fie scris incepand din stanga cu gr.amino si in capatul din dreapta sa fie gruparea carboxil. Daca in molecula peptidelor se intalnesc cateva resturi de AA,in polipeptidelor se intalnesc sute de resturi de AA,in timp ce in proteinelor se intalnesc de la cateva sute pana la cateva mii de AA in aceeasi molecula.. In constituirea leagturilor peptidice se intalnesc alaturi de electronii π si electroni neparticipanti N in pozitii favorabile extinderii deplsarii lor in spatiu. De aceea electronii neparticipanti de pe atomul de N intra in conjugare cu electronii π din legatura,oxigenul-electronegativ,iar atomul de N-electropozitiv. Procesul de deplasare poate fi si reversibil si de aceea la nivelul intregii legaturi peptidice se constituie un nor electronic-imprima stabilitate in care apar doar sarcini electrice partiale si despartite. Consecinta:Legatura peptidica prezinta polaritate-toti atomii inscriindu-se in acelasi plan,iar norul electronic realizat induce o rigiditate a acestei entitati.Atomul de N din legatura peptidica chiar daca este electronegativa prin incarcarea de sarcina partial pozitiva nu mai poate constitui legaturi de H cu atomul de H din interiorul sau exteriorul moleculei.

Comportarea acido-bazica a peptidelor si polipeptidelor Prin prezenta unei grupari amino libere din cuplul N-terminal(amino terminal)si a unei grupari carboxil din cuplul C-terminal(carboxi-terminal),aceste specii prezinta caractere acido-bazice. Pe langa aceste 2 grupari prezente obligatoriuse pot intalni si alte grupari libere de-a lungul lanturilor peptidice sau polipeptidice cu caractere acido-bazice(provine din resturi de glu,Asp.Cisteina,tirozina,serina,Tyr)care pot influenta comportarea acido-bazica a speciilor respective. Caracter acido-bazic-orice peptid sau polipeptid poate fi supus procesului de titrare ca orice AA,iar la nivelul curbei de titrare se pot evidentia zone distincte cu capacitati de tamponare sau puncte izolelectrice. De aceea la nivel celular,cat si la nivelul lichidelor biologice ,papetidele, polipeptidele si AA joaca un rol fundamental in procesul de titrare. Prin intermediul gruparilor functionale libere existente de-a lungul lanturilor peptidice sau polipeptidice pot aparea reactii de tip legaturi de H intra/intermoleculare si astfel,ca in cazul AA,proteinele se gasesc sub forma solida,amorfa,uneori

Page 2: Curs Biokimie

cristalizate care poseda puncte de topire si uneori puncte de fierbere,doarece energiile ridicate necesare fierberii pot conduce la degradarea termica a acestora. Daca majoritatea peptidelor si polipeptidelor sunt solubile in lichidele biologice(o parte din proteinele globulare sunt solubile,iar cealalta parte,proteinele fibrilare sunt insolubile),solubilitatea peptidelor,polipeptidelor si proteinelor in apa poate fi influentata de prezenta sau absenta unor saruri(electroliti) si astfel se pot defini 2 comportari:selting in si selting out. In procesul de selting in se presupune ca unei solutii de proteine, peptidelor si polipeptide i se adauga cantitati mici si controlate de sare din exterior,ceea ce conduce la cresterea solubilitatii acestor specii in apa,Fenomenul se explica prin faptul ca la adaosul unor cantitati mici de sare,aceasta se absoarbe pe suprafata moleculara si prin procesul de hidratare creste cantitatea de apa pe care o poate retine macromolecula si astfel solubilitatea aceastei reactii creste. In procesul de selting out,la adaosul unei cantitati mari de sare in solutia unei polipeptide,proteine,ionii NaCl pot constitui apa libera(neimplicata in hidratarea moleculara)si pentru satisfacerea necesarului de apa consuma si apa de hidratare a moleculei si in acest mod o parte din proteinele deshidratate ies din sistem prin precipitare. Activitatea optica a petidelor,polipetidelor si proteinelor este o insumare a activitatii optice a tuturor compusilor prezenti sub forma de resturi de AA aromatici(fenilalanina,Tyr,triptofan),aceste specii moleculare sau macromoleculare au capacitatea de a absorbi radiatiile UV in domeniul apropiat si la fel ca in cazul AA,aceasta caracteristica poate fi exploatata analitic. ReactivitatePrin prezenta gruparilor functionale libere si a resturilor radicalice,peptidele sau polipeptidelor si proteinele prezita reactii specifice acestora. Pentru evidentierea analitica a peptidelor,polipetidelor si proteinelor se poate utiliza reactia cu ninhidrina sau se poate realiza reactia biuret,in care ionul de Cu in conditii puternic bazice constituie cu lanturile macromoleculare complexe colorate in violet fotocolorimetrabile. Lanturile peptidice sau polipeptidice sintetizate conform codului genetic prezinta o inlantuire bine definita a resturilor de AA(secventa) si aceasta constituie structura primara.Pentru evidentierea structurii primare se cunosc mai multe tehnici analitice. Metoda Sanger-presupune actiunea fluoro 2-4dinitrobenzenului cu gr.amino din capatul N terminal cu formarea unui compus care la hidroliza acida conduce la formarea 2-4 dinitrofenil derivatului N-terminal alaturi de toti ceilalti AA in forma libera. Selectivitatea acestei metode consta in faptul ca prin structur derivatului dinitrobenzenului(galben) si prin intensitatea acestuia poate fi evidentiat doar restul de AA N-terminal. Restului de AA din componenta lantului nu i se cunoaste secventa. Metoda cu Clorura de Dansil-poate evidentia doar AA N-terminal fara a putea face nicio apreciere referitoare la secventa celorlalti AA din molecula.Dansil AA

Page 3: Curs Biokimie

format prezinta caracter de fluorescenta(emite in domeniul vizibil dupa absorbtia radiatiilor in ultraviolet). Substantele care poseda fluorescenta nu absorb vizibil si nu apar colorate.Daca se realizeaza o bombardare cu radiatii ultraviolete de o anumita energie a substantelor fluorescente,substanta absoarbe radiatiile de energie inalta hv,sub

forma unei cuante,trecand de pe nivelul fund. pe nivelul excitat,iar revenirea de pe

nivelul excitat pe nivelul fundamental se realizeaza in 2 trepte:-o dezactivare termica initiala urmata de o emisie a unei radiatii hv2 de energie mai joasa din domeniul vizibil si astfel compusul apare colorat. Metoda cu bromcian- in care in urma interactiei se rup lanturile peptidice/polipeptidice in dreptul restului de metionina si la nivelul gruparii carboxil -COOH cu care aceasta participa la constituirea legaturii peptidice.-in urma interactiei cu bromcianul, lantul peptidic/polipeptidic se rupe in atatea pepetide mai mici cate resturi de metionina exista in intreaga molecula.Metoda Edman -utilieaza ca reactantii izotiocianatul, care de asemenea interactioneaza cu gruparea amino a primului rest de AA (N-terminal) si in urma hidrolizei se obtine un derivat al AA N-terminal cu izotiocianatul alaturi de restul de peptid / polipeptid nedegradat chimic, care ulterior separarii poate fi utlizat in prezenta altei cantitati de izotiocianat in vederea evidentierii analitice a urmatorului rest de AA samd pana cand toate resturile de AA din peptid/polipeptid sunt evidentiate in ordine stricta.- prin aceasta metoda, se evidentiaza secventa resturilor de AA in orice lant peptidic/polipeptidic.- de fiecare data se obtine ca derivat al AA N-terminal derivati ai feniltiohidantoinei, care dependent de structura restului de AA poate fi evidentiata calitativ si cantitativ.

Digestia enzimatica a peptidelor/polipeptidelorEnzimele=biocatalizatori care au rolul ca adaugate in cantitati mici sa creasca viteza de reactie a procesului chimic, fara a modifica echilibul chimic, la sfarsitul procesului catalitic, enzime regasindu-se calitativ si cantitativ (nu se consuma).- enzimele pot fi impartite in 6 mari clase, una dintre acestea fiind hidrolazele.- deoarece hidrolazele actioneaza in prezenta apei (mediu acid/bazic), aceste enzime se num proteolitice. (litic=liza=rupere, proteo=proton)Dpdv al modului de actiune (al mecanismului), enzimele proteolitice care actioneaza asupra proteinelor se numesc peptidaze si pot fi:

- endopeptidaze- exopeptidaze

Daca exopeptidazele actioneaza la nivelul capetelor amino / carboxi-terminale, avand capacitatea de a elibera fie AA N-terminal (aminopeptidaze), fie de a elibera AA carboxi-terminal (carboxipeptidaze).Endopeptidazele actioneaza catalitic in r de hidroliza a legaturilor peptidice in interiorul latului peptidic/polipeptidic si niciodata asupra legaturilor peptidice terminale. In urma actiounii endipeptidazelor intotdeauna se obtin peptide mai mici din peptidul/polipeptidul initial. ex. Pepsina-biosintetizata de celulele stomacale din pepsinogen in mediu acid si de regula autocatalitic, in urma actiunii pepsinei se inregistreaza ruperi ale legaturilor peptidice in

Page 4: Curs Biokimie

dreptul resturilor de AA fenilalanina, tirosina, triptofan, leucina, resturi care participa in constituirea legaturilor peptidice cu gruparea amino.Tripsina - actioneaza hidrolitic asupra legaturilor peptidice in mediul slab bazic pH 8,5-9,5 in dreptul resturilor de Lys si Arg (AA cu caracteristici bazice) atunci cand aceste resturi participa cu gruparea carboxil la constituirea legaturii peptidice. Chimotripsina-ca si tripsina sunt biosintetizate in pancreas, actioneaza tot in interval de pH slab bazic, ca si tripsina, insa in dreptul resturilor de AA Phe,Tyr,Trp,Ile,Val. Ca si in cazul tripsinei, in urma actiunii chimotripsinei se obt peptide mai mici.Papaina-actioneaza similar cu tripsina si chimotripsina in dreptul resturilor de AA: Lys,Arg,Leu.

Procesul de absorbtie a peptidelor/polipeptidelor din dieta incepe la nivelul stomacului prin digestia acestora si transformarea in peptide/polipeptide mici in prezenta pepsinei si a pHului puternic acid (1,5-2,5) datorat prezentei HCl sintetizat la nivelul celulelor stomacale. Chimul alimentar este pasat/trecut in IS unde sufera un proces de neutralizare in prez sucului pancreatic (bicarbonatilor) si in intervalul de pH (8,5-9,5) rezultat actioneaza endopeptidazele si exopeptidazele prezente la acest nivel. Deoarece trecerea in fluxul sangvin a materialului proteic/peptidic ingerat nu se poate realiza decat sub forma AA liberi, doar proteinele/peptidele care se transforma integral sunt utilizate in organismul uman prin intermediul AA rezultati, restul care raman ca atare/se transforma doar partial in AA, sufera pasajul in IG si se elimina.- in IS se obtin in prima faza de regula peptide si oligopeptide din proteine asupra carora ulterior actioneaza exopeptidazele in vederea obtinerii AA liberi.- AA rezultati in tubul digestiv sunt absorbiti in fluxul sangvin si de aici sunt repartizati in intreg organsimul in vederea utilizarii lor primordiale in procesul biosintetic proteic in vederea substituirii proteinelor proprii al caror timp de viata a expirat si numai in situatii speciale (post prelungit) acestia AA pot fi utilizati si in scopuri energetice.- in mod normal ar trebui ca in circuitul sangvin conc AA sa fie f mare, datorita cantitatii mari de proteine ingerate, in realitate, conc AA in circulatie este f mica datorita transportarii si utilizarii acestora in scopurile proprii organismului+celulei.

Peptide si polipeptide cu importanta fiziologicaGlutationul= tripeptid (gama-glutamilcisteinilglicina)- biosinteza acestui tripeptid nu se realizeaza conform codului genetic ca toate celelalte peptide si polipeptide, ci biosinteza lui se realizeaza dupa necesitati.- in structura glutationului se gaseste alaturi de o leg peptidica, o leg amidica, deoarece intre acidul glutamic si cisteina reactioneaza gruparea amino din pozitia gama, nu alfa.- prezenta gruparii tiol in structura glutationului imprima acestuia caracteristici oxido-reducatoare, deoarece tiolul poate pierde relativ usor protonul, transformandu-se in tioeter/disulfura.- importanta vitala a glutationului se refera la faptul ca prin caracterul reducator al sau este implicat in mentinerea unui status redox la nivelul intregului organism. - prin oxidarea sa rapida, protejeaza alte molecule functionale de oxidarea care le-ar transforma in molecule nefunctionale/inactive fiziologic.(in special pt sistemele enzimatice)- prin constituirea unor legaturi chimice cu unele molecule de natura exogena si caracteristici hidrofobe prezente in organismele vii, se constituie complexe moleculare mai solubile, capabile sa circule prin lichidele biologice si sa fie eliminate din organism pe cale renala, fara ca acestea sa se depoziteze la nivelul tesuturilor grase din organism si la aceste niveluri sa induca fenomene de toxicoza.

Page 5: Curs Biokimie

- interactia dintre glutation si moleculele straine din organismele vii (xenobiotice) se numeste conjugare si are loc in prezenta glutation-S-transferazelor.-capacitatea antitoxica a glutationului poate fi evidentiata si prin reducerea apei oxigenate (peroxidul de hidrogen) care rezulta in organismele vii ca produs secundar in conditii de metabolism normal.-peroxidul de H este deosebit de toxic in concentratii mari, din aceasta cauza, el trebuie sa fie eliminat rapid dupa ce a fost sintetizat. Eliminarea peroxidului de H in prezenta glutatationului este catalizata de glutationperoxidaza, iar acesta se transforma in apa pe seama trecerii glutationului din forma redusa, in forma oxidata (disulfura). Refacerea glutationului in forma redusa din forma oxidata se realizeaza in prezenta glutationreductazei si acest lucru asigura o balanta echilibrata a celor 2 forme ale glutationului.- pt organismul uman, un dezechilibru dintre forma redusa si forma oxidata este sinonim cu moartea.-celulele cele mai afectate de prezenta H2O2 sunt eritrocitele (globule rosii) ale caror membrane, care contin acizi grasi nesat (fosfolipide) pot fi oxidate si in urma acestui proces se poate realiza hemoliza.-glutationul prezinta importanta in transportul AA prin membrana celulara. Acesta leaga AA sub forma de gama-glutamilAA, sub aceasta forma depasesc bariera membranara si ies din celula; dupa efectuarea transportului este eliberat AA, iar acidul glutamic rezultat reactioneaza cu restul de cisteinilglicina si reface glutationul, care este disponibil pt reluarea ciclului de transport.P.A. fara structurI: carnosina, ocitocina, vasopresina, bradikinina, insulina, glucagon, hormonul adenocorticotrop ACTH, gastrine, colecistokinina, endorfine, gramicidine, valinomicina, bacitracina, polimixine, actinomicine.

PROTEINE= compusi macromoleculari biosintetizati de celula vie din AA si ca si peptidele si polipeptidele poseda in structura lor legaturi peptidice intr-un nr f mare.- pot fi simple - sunt constituite numai din lanturi polipeptidice, in care se gasesc doar resturi de AA- pot fi conjugate, cand fie de-a lungul lantului polipeptidic sunt legate resturi de lipide (lipooproteine), resturi de zaharide (glicoproteine) sau ambele glicolipoproteine, acizi nucleici.Dpdv al comportarii fata de apa si lichidele biologice se int:

- proteine fibrilare insolubile- proteine globulare solubile

Daca proteinele fibrilare contin primordial resturi ale AA cu caracteristici/radicali hidrofobi, proteinele globulare contin primordial/preferential resturi ale AA cu radicali polari/ionici.-cele 2 categorii nu sunt delimitate strict si intre ele se interpun proteinele cu caracteristici intermediare, la nivelul carora exista un echilibru intre resturile de AA cu radicali hidrofobi si rsp cu radicali hidrofili/polari.- in constituirea proteinelor, biosintetizate conform codului genetic intra in diverse proportii cei 20 de AA standard/ o parte din acestia.-dependent de nrul de AA care participa la constituirea lanturilor polipeptidice din acelasi nr de AA pot sa apara 20n proteine distincte care fiecare poate sa posede o functie biologica/fiziologica bine determinata.- deci tipul de AA si modul acestora de inlantuire induc o individualitate structurala manifestata intr-o individualitate functionala.ROL PROTEINE: - sursa de AA

Page 6: Curs Biokimie

- purtator material al tuturor insusirilor biologice=prin caracteristicile specifice si functiile proteinelor, acestea participa la procesul de diferentiere celulara/crestere celulara, dezvoltare si reproducere.- cataliza: cu putine exceptii, toate enzimele = proteine/glicoproteine si = implicate in majoritatea proceselor biochimice din toate organismele vii.- pigmenti respiratori: numeroase proteine functionale = implicate in procesul de transport al [O] pt organismele aerobe (citocromii, hemoglobina)- rol imunologic, deoarece fara exceptie, toate imunoglobulinele cunoscute la nivelul vertebratelor sunt glicoproteine.- rol in permeabilitatea membranara: chiar daca membranele au la baza o structura dublu lipidica, la nivelul acestui tract dublulipidic = legate diferite proteine (intrinseci/extrinseci), care sunt implicate in permeabilitatea membranara, manifestata prin facilitarea transportului metabolitilor in raport cu interiorul celulei.- mentinerea echilibrului acido-bazic: toate proteinele poseda de-a lungul lantului polipeptidic grupari libere (amino,carboxil,tiol,hidroxil etc) implicate in schimbul de protoni, ceea ce determina ca acestea sa joace un rol imp in tamponarea lichidelor biologice din organismele vii, tamponare strict necesara mentinerii unui interval optim de pH in care sa se desfasoare procesele biochimice.

Structura proteinelor- aranjarea resturilor de AA de-a lungul lantului polipeptidic imprima proteinelor structuri care in conditii normale se num native si care determina activitatea biologica specifica.- principala structura din lanturile polipeptidice o constituie legaturile peptidice care datorita extinderii, deplasarii electronilor pi si n poseda o structura planara. - caracterul partial de dubla legatura dintre atomii de C-N din legatura peptidica impiedica rotatia libera in jurul acestora si din aceasta cauza legatura peptidica poate fi considerata un centru de referinta.- fata de acest centru de referinta, atomii de C din pozitiile alfa (vicinali) legaturii peptidice se aranjeaza transrepetabil de-a lungul intregii macromolecule pt a evita impedinentarile spatiale (deranjarile in spatiu)- din acest motiv, atomii de H si O apartinatori legaturilor peptidice, se aseaza si ei in pozitii trans.- ca si in peptide, si in proteine, atomul de N partial pozitivat nu participa la constituirea legaturilor de H intra/intermoleculare.- pt definirea structurilor proteinelor, se pot introduce notiunile de conformatie si configuratie.Prin configuratie se intelege aranjamentul spatial in raport cu un centru de referinta, aranjament care este rigid si trecerea de la o forma la cealalta necesita ruperea a cel putin unei legaturi covalente. Conformatiile/conformerii=aranjamente temporale ale gruparilor functionale, rezultate ca urmare a posibilitatilor de rotire in jurul legaturilor sigma, fara ca unghiurile de rotatie/ de deformatie ale macromoleculei sa fie afectate. Trecerea de la un conformer la altul se realizeaza fara ruperea legaturilor covalente. - in raport cu legaturile peptidice, in jurul legaturilor sigma C-alfa N si respectiv C-C alfa-N pot sa aiba loc rotatii libere limitate, datorita dimensiunilor mari in care atomii de C alfa sunt angrenati.Prin conventie: legatura C alfa -N este legatura fi , iar legatura Calfa-C peptidic se numeste psi. Aceste rotatii sunt limitate si depind de natura (dimensiunile) AA ca restui in lantul polipeptidic. Unghiurile fi si psi din aceasta cauza se numesc unghiuri de torsiune si pot fi calculate, iar pt anumite structuri regulate, poseda valori unice si bine determinate. Orice alta

Page 7: Curs Biokimie

valoare a unghiului de torsiune poate conduce la modificarea conformationala, care la randul sau conduce la modificarea functionala.pt modulul 1 - pana la structura primara a proteinelor

Structura secundaraDaca in structura primara a lanturilor polipeptidice se urmarea tipul resturilor de AA, numarul acestora proportia/raportul relativ a resturilor de AA si respectiv modul de inlantuire/modul de legare in structura secundara se urmareste capacitatea de constituire a leg de H intra/intermoleculare. De-a lungul lanturilor polipeptidice prin prezenta gruparii NH donoare de protoni si respectiv a gruparii CO acceptoare de protoni se pot constitui leg de H capabile sa determine aparitia unor structuri bine determinate dependent de mediul in care se gasesc lanturile polipeptidice. Atunci cand se satisface potentialul de formare a legaturilor de hidrogen intramolecular, in integralitate se obtine o structura de tip alfa - helix in care unghiurile de torsiune fi si psi prezinta valori fixe -57, -47. Prin calcule matematice efectuate s-a demonstrat de catre Pauling au scos la iveala ca fiecare spira a alfa-helixului poseda un nr de 3,6 resturi de AA si respectiv pasul spirei (distanta dintre 2 spire adiacente) = 5,4 A. Aceste calcule converg catre un sistem rigid adoptat de lantul polipeptidic atunci cand parametrii sunt respectati. Acesti parametri sunt respectati atunci cand AA constituenti ai lantului polipeptidic sunt de tip L si cand resturile de AA poseda radicali de regula de dimensiuni mici si cu caracteristici nepolare. Atunci cand in constituirea lantului polipeptidic intra D - AA, parametrii alfa-helixului se pastreaza cu deosebirea ca unghiurile de torsiune fi si psi au valori pozitive.Sistemele de tip alfa - helix pot fi destabilizate atunci cand in componenta lanturilor polipeptidice se intalnesc resturi de AA, fie voluminosi, fie poseda grupari functionale polare libere. Cu exceptia glicinei, care si ea participa la destabilizarea alfa-helixului datorita faptului ca este un AA f mic ca dimensiuni si permite flexarea in dreptul sau (miscari de flexiune) care conduc la modificarea unghiurilor fi si psi.Restul prolinic este implicat in procesul de destabilizare cea mai profunda a alfa-helixului si ori de cate ori de-a lungul lantului polipeptidic se intalneste un rest de prolina, datorita planaritatii ciclului alfa-helixul se intrerupe. Daca AA de dimensiuni mari destabilizeaza alfa-helixul prin impedimentari spatiale(deranjamente in spatiu), cei care poseda grupari functionale polare pot constitui legaturi de H suplimentare cu gruparile functionale existente de-a lungul lantului polipeptidice, ceea ce conduce inevitabil la modificarea unghiurilor de torsiune.AA stabilizatori:AA destabilizatori:Satisfacerea potentialului de constituire al leg de H intermoleculare conduce la constituirea structurilor de tip beta-keratinice sau de tip foaie pliata / glisata. Anumite structuri de tip alfa-helix se pot transforma in prezenta unor conditii de mediu in structurile beta, trecandu-se in aceste mod de la legaturile de H intramoleculare la leg de H intermoleculare.Lanturile polipeptidice aflate in interactie si care constituite structurile beta pot fi aranjate paralel sau antiparalel. Atunci cand aranjamente spatiale antiparalelele legaturilor de h care se constituie intre macromolecule nu sunt distorsionate ceea ce implica aparitia unei rezistente mecanice accentuate.Sunt f putine proteine care poseda intreaga structura sub forma de alfa-helix si acestea constituie proteinele fibrilare, alaturi de altele in care proportia de alfa-helix este f mare. existenta simultana a structurilor secundare alaturi de zone care nu adopta o structura secundara (alfa-helix/b-keratinic) au impus trecerea la un nivel superior de caracterizare a structurii proteinelor (structura tertiara). Prin structura tertiara se intelege impachetarea de-a lungul lantului polipeptidic a zonelor care adopta structura secundara in raport cu cele care nu

Page 8: Curs Biokimie

adopta structura secundara, aceasta impachetare determinand o alternanta a acestor zone. daca zonele care adopta structura secundara poseda resturi de AA cu caracteristici mai hidrofobe, acestea se vor indrepta catre centrul unei sfere ipotetice, lasand in exterior in contact cu apa din lichidele biologice zonele in care se intalnesc resturi de aa puternic polari/ionici si astfel se constituie un ghem statistic care prezinta stabilitate in raport cu mediul. deoarece zona centrala evita contactul cu apa, iar zona externa se gaseste in contact direct cu apa . Daca in interiorul ghemului statistic interactiile de natura hidrofoba sunt preponderente, inspre exteriorul ghemului statistic se intalnesc interactii de tip legatura de h ionice, covalente. Tot acest angrenaj determina constituirea proteinelor globulare care in mod constant si curent sunt stabile in raport cu mediul si solubile in mediu apos. Acest aranjament spatial dictat de componenta in restul de aa si respectiv de interactiile care se desfasoara la nivelul ghemului statistic, determina aparitia conformatiei native a proteinei, care reprezinta compromisul cel mai favorabil de energie minima si stabilitate maxima. Orice modificare a structurii native poate sa conduca la modificarea functiei proteinei pana la eliminarea acesteia si din aceasta cauza cu lanturile polipeptidice se lucreaza in conditii bine determinare atat in vivo, cat si in vitro a.i. conformatia nativa sa nu fie modificata/ sau sa nu fie modificata substantial.

DENTATURAREA-reprezinta diminuarea sau pierderea functiei biologice a proteinelor dependent de conditiile de mediu. Poate fi:- reversibila-ireversibilaDenaturarea reversibila: se poate produce modificarea structurii native a proteinelor, atunci cand se modifica conditiile de mediu, iar atunci cand conditiile de mediu revin la cele initiale, macromolecula revine si ea la starea nativa si la functiile biologice intiale.Printre parametrii de mediu implicati in denaturarea proteinelor (agenti caotropici) se intalnesc:- temperatura - pH-ul- acizii si bazele tari- solventii organici- detergentii - (saruri) ionii pozitivi sau negativi.Temperatura: prin cresterea valorii ei determina cresterea agitatiei termice, care determina intensificarea miscarilor dezordonate de-a lungul lantului polipeptidic care implicit induce modificarea structurii native. In genere, proteinele pot fi supuse unor temperaturi pana la 56 grade Celsius pt a se putea realiza o denaturare reversibila (modificarile induse pana la 56 grade Celsius in structura nativa, pot fi corectate la revenirea in conditii normale). Peste valoarea de 56 grade Celsius, majoritatea proteinelor sufera procese de denaturare ireversibila.pH-ul : prin valoarea sa modifica gradul de incarcare al gruparilor functionale libere existente de-a lungul lantului polipeptidic, ceea ce conduce la incarcarea electrica a unor grupari, descarcarea electrica a altora si ruperea unor legaturi ionice sau constituirea altora care conduc la torsionarea sau detensionarea macromoleculei si respectiv trecerea de la forma nativa la alta forma cu activitate biologica diminuata / deprimata.Acizii si bazele tari: actioneaza asupra lanturilor polipeptidice prin modificarea brusca a valorii pH-ului si respectiv a gradului de incarcare a gruparilor functionale libere.Solventii organici: pot fi nepolari si actioneaza la nivelul central al ghemului statistic, modificand interactiile hidrofobe si respectiv solventi organici polari care prin intermediul gruparilor lor functionale (OH, COOH, SH) pot constitui legaturi de H suplimentare celor

Page 9: Curs Biokimie

existente sau constituie alte legaturi pe seama diminuarii legaturilor de H anterioare, ceea ce conduce implicit la aparitia denaturarii.Detergentii: prin particularitatea lor de a poseda molecule amfifile, interactioneaza prin intermediul zonelor mari cu caracteristici hidrofobe cu AA din zonele centrale, implicandu-se in distructia/formarea legaturilor hidrofobe centrale si prin aceasta distorsioneaza structura ghemului statistic. (modificarea structurii native). Sarurile minerale pot influenta prin intermediul anionilor si respectiv cationilor structura ghemului statistic. Dependent de natura acestora, s-a constituit o scara a capacitatii de destabilizare a structurii native, atat pt anioni cat si pt cationi. S-a constatat astfel ca ionii sulfat si fosfat sunt implicati in f mica masura in procesul de denaturare in timp ce ionii sulfocianura/cianura induc denaturarea energica/ puternica a ghemului statistic. In acelasi mod s-a constatat ca ionii de amoniu si ai metalelor alcaline prezinta caracter denaturant slab si f slab in timp ce ionii de Ca si Bariu prezinta caracter denaturant f puternic. Din aceste considerente in procesele care se desfasoara in diverse laboratoare si sunt necesare prezenta unor saruri minerale (modificarea fortei ionice a mediului) se va avea grija ca sarurile utilizate sa posede un grad scazut de denaturare. De regula se folosesc fosfati/suflati se amoniu in defavoarea tuturor celorlalte saruri.

STRUCTURA DOMENIALAS-a constatat ca in anumite macromolecule de natura proteica exista zone distincte (domenii) in care se respecta structurile secundare si tertiare, intre aceste zone existand alte zone in care nu se respecta aceste structuri. Practic domeniile alterneaza la nivelul aceleasi macromolecule care adopta per total o structura tertiara (ghem statistic) in care toate aceste domenii poseda o structura tertiara proprie.Cel mai cunoscut caz al structurii domeniale este cazul imunoglobulinelor in care lanturile macromoleculare reunite prin intermediul legaturilor disulfura poseda in total 12 domenii, care fiecare adopta structura tertiara proprie.Mioglobina - face parte din proteinele transportoare si stocatoare de [O] molecular, ea fiind prezenta la nivelul muschilor. Aceasta poseda o structura tertiara (ghem statistic) in care in zona centrala a acestuia se intalneste structura neproteica de tip Hem planara, nepolara cu caracteristici puternic hidrofobe, alaturi de zone helicale, iar in exteriorul macromoleculei (ghemului statistic) se intalnesc acele zone de natura polipeptidica cu caracteristici hidrofile. In aceasta forma, mioglobina are capacitatea de a lega reversibil [O] la nivelul fierului helic si astfel isi poate exercita functiile biologice. Practic, mioglobina este constituita dintr-un lant macromolecular polipeptidic care leaga un singur nucleu helic in centrul caruia exista un singur ion Fe 2+. Din aceste considerente, orice structura hemoglobinica poate lega reversibil un singur mol de [O] in vederea transportarii sau stocarii.In natura se intalnesc f multe proteine functionale constituite din mai multe lanturi polipeptidice, numite protomeri, care individual nu poseda nicio functie, functie posedand doar conglomeratul rezultat (oligomer) in urma interactiei prin intermediul legaturilor de natura slaba dintre protomeri.Interactiile dintre protomeri sunt de tip complementaritate si numai in constituirea sistemului prin aceste interactii oligomerul devine functional. Daca interactiile de complementaritate sunt de natura slaba, inseamna ca prin interventia din exterior cu unele forte slabe, structura unui oligomer poate fi modificata f usor si diminuata functia.Hemoglobina= una dintre structurile proteice care adopta structura cuaternara. Daca in genere, oligomerii sunt constituiti dintr-un nr par de protomeri (2,4,6...).

Page 10: Curs Biokimie

- in structura hemoglobinei se intalnesc 4 protomeri distincti care interactioneaza prin interm legaturilor slabe.- cele 4 structuri sunt de tip globinic (alfa 1, alfa2, beta1,beta2-globina)- interactiile dintre cei 4 protomeri se realizeaza preferential intre alfa-beta si mai putin alfa-alfa sau beta-beta.Protomerul hemoglobinei poseda legat de lantul polipeptidic un nucleu hemic (asemanator cu mioglobina).(fara structura)Nucleul hemic contine 4 nuclee pirolice (vezi nucleotide) care sunt legate intre ele, iar in zona centrala complexeaza ionul de Fe in starea de oxidare 2+. Dintre cele 6 coordinatii ale ionului feros, 4 sunt satisfacute prin intermediul atomilor de N pirolici:- una este satisfacuta de molecula de O- iar cea de-a 6-a de atomul de N prezent intr-un rest histidinic apartinator lantului polipeptidic de tip globinic (histidina proximala). Molecula de O fixata pe una dintre coordinatii la randul sau este legata printr-o alta coordinatie de macromolecula globinica (aceeasi macromolecula globinica) prin intermediul altui rest histidinic (distal) si in acest mod, [O] poate fi fixat reversibil la nivelul fiecarui protomer.Nucleul hemic este planar si prezinta caracter aromatic, datorita perzentei electronilor pi si n in ciclu, care pot circula (extins) prin conjugare. Conjugarea la nivelul hemului induce stabilitate intregului nucleu si capacitatea de a absorbi radiatia in domeniul vis (vizibil). Deoarece oligomerul hemoglobinei este constituit din 4 protomeri, capacitatea maxima a acestuia de a fixa reversibil [O] este de 4 moli/mol de hemoglobina.Ca si mioglobina, hemoglobina are rolul de a fixa reversibil [O] si de a transporta de la nivelul plamanului(pulmonului) pana la nivelul tuturor celulelor din organism, prin intermediul eritrocitelor. Deoarece la nivelul organismului uman variaza conditiile de mediu de la pulmon comparativ cu cele de la nivelul celulelor, pt hemoglobina exista un anumit grad de saturare cu O in diverse locatii, unde se gaseste aceasta.Parametrul fundamental de care depinde gradul de saturare al mioglobinei si al hemoglobinei este presiunea partiala a [O] in lichidele biologice p O2.Daca mioglobina se incarca cu [O] incepand de la presiuni partiale mici ale O si atinge saturarea maxima la aprox 30 mm Hg, hemoglobina se incarca cu [O] mult mai greu, iar din aceasta cauza, la aprox 30 mm Hg aceasta prezinta doar semisaturare (presiune venoasa). Pt ca gradul de saturare sa atinga maximul posibil este necesar ca presiunea partiala a [O] sa fie in apropierea valorii de 100 mm Hg (presiune arteriala). Din aceste considerente se poate aprecia ca afinitatea mioglobinei pt [O] este mult mai mare decat afinitatea hemoglobinei. Forma curbelor de saturare este de asemenea diferita pt cele 2 specii macromoleculare: - in timp ce pt mioglobina este o hiperbola echilatera,- pt hemoglobina este o curba de tip sigmoidala.Acest comportament in raport cu pO2 permite moleculei de hemoglobina sa se incarca cu [O] la nivelul pulmonului, unde pO2 este maxim posibila si sa se descarce partial la nivelul tesuturilor, cedandu-le acestora [O] pO2 de unde este preluat la nivelul muschilor de hemoglobina, care la aceeasi valoare a pO2 prezinta maximum de saturare, hemoglobina fiind capabila sa mentina O preluat (stocare) sau sa il cedeze celulelor in vederea utilizarii in arderi metabolice.

CooperativitateLegarea [O] la nivelul oligomerului hemoglobinic nu se leaga cu aceeasi viteza si cu

aceeasi afinitate. Deoarece oligomerul prezinta o structura relativ stabila determinata de

Page 11: Curs Biokimie

interactiile necovalente dintre protomeri, patrunderea primului mol de O2 la nivelul oligomerului este f dificila, deoarece trebuie sa fie distorsionata. Odata cu aceasta distorsionare si legare a primului mol de O2, urmatorul mol de O2 va patrunde mai facil la nivelul oligomerului, deoarece structura este deja distorsionata, numarul de legaturi covalente care trebuie distruse la nivelul oligomerului se diminueaza. Procesul de legare al celui de-al 4-lea mol de O2 , in acest mod se realizeaza mult mai facil pt ca deja structura este maximum distorsionata, dupa retinerea celui de-al 3-lea mol de O2, iar viteza de legare al acestui ultim mol de O2 este de sute ori mai mare decat legarea primului mol de O2.

Un alt parametru fundamental de care depinde gradul de absorbtie al [O] la nivelul oligomerului este pH-ul. S-a demonstrat ca gradul de saturare cu [O] creste odata cu cresterea pH-ului (scaderea aciditatii). Cu cat aciditatea este mai mare (tesuturi, celule), cu atat gradul de saturare scade, iar hemoglobina oxidata se descarca la acest nivel. La nivelul celulelor pH-ul este acid, deoarece in urma metabolismului (arderilor) rezulta ca produs final CO2 (H2CO3) care determina scaderea pH-ului.

La nivelul pulmonului (celulelor alveolare), unde H2CO3 rezultat la nivel celular se afla in echilibru dinamic cu CO2, acesta se elimina prin expirare si astfel cantitatea de H2CO3

scade, crescand alcalinitatea, ceea ce determina conform curbelor cresterea gradului de saturare a hemoglobinei cu [O], deci transformarea hemoglobinei reduse rezulta la nivelul celular in hemoglobina oxidata. Hb oxidata de la nivelul pulmonilor reia ciclul de transport al [O] trecand de la nivelul alveolelor in fluxul sanguin si de aici la nivelul tesuturilor si celulelor, unde in prezenta pH-ului diminuat, iar se descarca de O2, cedandu-i acestuia [O] in vederea desfasurarii arderilor metabolice si transformarea oxi-hb in deoxi-hb.

(a) CO2 + HOH ↔ HCO3 + H+

(b) Hb-NH2 + CO2 ↔ Hb-NH-COO- + H+

(c) Hb (O2)nHX-1 + O2 ↔ Hb(O2)n+1 + XH+

n=0,1,2,3 x>0,6La nivelul celular, CO2 rezultat din metabolism in prezenta apei exista in echilibru cu

protonii si ionul HCO3- (bicarbonat) (a), deci creste concentratia protonului la nivelul

tesuturilor, ceea ce va determina deplasarea echilibrului c in sensul consumarii protonului de la dreapta la stanga, transformandu-se Hb oxidata in Hb redusa prin cedarea [O]. Hb redusa care este transferata prin intermediul sangelui catre alveolele pulmonare se va incacarca datorita cresterii pH-ului cu [O], deplasand echilibrul c de la stanga la dreapta cand aceasta se transforma in Hb oxidata si se pune in libertate protonul.

Datorita excedentului de p + de la nivelul alveolelor cva trebui sa se consume acesta conform echilibrului (a) cand reactia se deplaseaza de la dreapta la stanga cu eliberarea CO 2

care ulterior se elimina din organism prin expirare. Aceste procese sunt fundamentale in ceea ce priveste incarcarea si descarcarea Hb in vederea transportului continuu de la alveolele pulmonare la tesuturi a [O].

Tot la nivelul tesuturilor, excedentul de CO2 rezultat in metabolism va reactiona cu Hb cu formarea carbaminoderivatilor si eliberarea corespunzatoare a unui proton. In acest mod, cea mai mare parte a CO2 se transporta prin intermediul HCO3

- bicarbonatilor (aprox 80%), iar restul sub forma de carbaminoderivati.

Echilibrul (b) – prin transformarea de la stanga la dreapta determina prin protonul rezultat o crestere a aciditatii mediului la nivelul tesuturilor care se adauga cresterii aciditatii mediului, datorat echilibrului c, prin care oxi-hb se transforma in deoxi-hb. Aceste procese se denumesc efectul Bohr.

Un alt parametru de care este dependent gradul de saturare al Hb cu [O] este prezenta 2,3-difosfogliceratului, care este un izomer al unui metabolit prezent in cantitati mari in metabolism. Cu cat concentratia acestui metabolit este mai mare, cu atat gradul de saturare al Hb cu [O] este diminuat si astfel ca si acesta alaturi de ceilalti parametri participa la

Page 12: Curs Biokimie

descarcarea oxi-hb la nivelul tesuturilor pana la deoxi-hb. In organismul uman intre Hb oxidata si cea redusa exista un echilibru dinamic si niciodata gradul de incarcare al hb reduse nu este 0. Acesta de regula atinge gradul de saturare 50-60% pt a asigura cooperativitatea (legarea) facila a [O] la nivelul pulmonului. Altfel prin scaderea puternica a gradului de saturare cu deoxi-hb viteza de incarcare a acesteia cu [O] ar scadea dramatic, iar capacitatea de transport a Hb s-ar diminua substantial.

Intotdeauna in Hb se gaseste ionul de Fe in stare de oxidare: 2+. Daca starea de oxidare a fierului se modifica, transformandu-se in Fe 3+ hb se transforma in Met-hb, care nu mai are capacitatea de a transporta [O] (se schimba nr-ul de coordinatie al ionului de Fe, deci nu mai poate lega [O]).

In generem datorita compusilor din mediu cu caracter oxidant, hb normala se poate transforma in Met-hb in conditii normale, in proportii mici, dar in prezenta unei enzime met-hbreductaza, aceasta se transforma in hb. Atunci cand capacitatea de cataliza a met-hb-reductazei este diminuata sau exista un deficit metabolic (genetic) al acesteia scade capacitatea de transforma met-hb in hb si in acest mod se instaleaza hipoxia (diminuarea cantitatii de [O] transportat si scaderea capacitatii de ardere a compusilor organici prin metabolismul celulelor in prezenta [O]).

Atunci cand se realizeaza hipoxia prin feedback pozitiv se pot constitui mai multe celule de natura eritrocitara in organism, care pot compensa prin nrul lor cantitatea de O2

necesara organismului si se instaleaza policitemia.In acelasi mod se poate defini si met-mioglobina in care ionul Fe2+ este oxidat pana la

Fe3+ si in urma acestui proces, capacitatea de legare, transport si stocare a mioglobinei scade. Fe2+→ Fe3+ + 1e- Prin prezenta ionului feros (Fe2+) in Hb si mioglobina, acesta poate fi complexat de unii compusi de natura organica sau anorganica existenti in mediu. Prin complexare, ionul nu mai este capabil sa lege reversibil [O], iar atunci cand cantitatea de ioni complexata este peste un anumit nivel, organismul este incompatibil cu viata (moare). Printre acesti compusi se intalnesc: CO, HCN, H2S (acid sulfhidric), NH3, cianuri.

Hb fetala HbFSe deosebeste de Hb adultului, deoarece contine in structura oligomerului in locul

lantului α polipeptidic un lant γ, ceea ce determina ca afinitatea HbF sa creasca substantial, fata de cea normala, deoarece presiunea partiala a [O] la nivelul fetusului nu este de 100 mm Hg ci de aprox 30 mm Hg, altfel ar fi imposibil sa fie legat [O] la nivelul placentei in vederea transportarii lui in organsimul fetusului. Imediat dupa nastere, in organismul fatului se realizeaza un echilibru de biosinteza intre lantul α si lantul γ prin feedback cu cat scade concentratia antului γ cu atat va creste concentratia lantului α, iar lantul polipeptidic β prezent si inainte de nastere se biosintetizeaza treptat, incepand cu cea de-a 2-3-a luna de viata si astfel HbF, dupa 5-6 luni se transforma in Hb adultului.

HbA1C= hb glicata, care apare in circulatie, datorita interactiei dintre glu si gruparile amino libere existente de-a lungul lanturilor polipeptidice hemoglobinice. In urma interactiei se obtin bazele Schiff ca produsi, care atunci cand depasesc 5-7% pot fi luate in considerare ca markeri ai diabetului.

HbS-hemoglobina secere= hb mutanta, in care un rest incarcat electric de acidul glutamic este substituit cu un rest al unui AA cu caracteristici hidrofobe: valina. Prin aceasta modificare structurala se modifica gradul de incarcare electrica a HbS, ceea ce determina modificarea conformatiei ghemului statistic HbS devenind mai putin solubil in lichidele biologice si are tendinta accentuata de a constitui complexe macromoleculare care de regula precipita in eritrocite si le induce forma

Page 13: Curs Biokimie

de secere si implicit este introdusa liza membranara a acestora (se produce hemoliza). Hemoliza determina scaderea capacitatii de transport al [O] → aparitia anoxiei.

Talasemiile= stari patologice care apar atunci cand se biosintetizeaza dezechilibrat lanturile α si β-polipeptidice , apartinatoare oligomerului hemoglobinic. Prin acest dezechilibru se pot constitui mai putine structuri oligomerice de tip Hb la nivelul eritrocitelor si din aceasta cauza capacitatea de transport al [O] este diminuata. P.A. colagenul, elastina, proteine plasmatice, markeri tumorali, proteina C, transferina, feritina, cerulo plasmina, fibronectina, proteinele sistemelor complement, fibrinogenul, trombina.

Electroforeza proteinelor serice=un proces fizic realizat in camp electric continuu in prezenta unor specii/agregate moleculare incarcate electric. Acestea in campul electric continuu se vor orienta in fctie de natura sarcinii electrice purtate si apoi se vor deplasa catre polii de semne opuse fara ca sa se realizeze descarcarea de sarcina electrica la nivelul acestora. Viteza de electromigrare va depinde in aceste conditii de numerosi parametrii:

- gradul de incarcare electrica, - masa moleculara,- gradul de ramificare, - intensitate camp electric,- tensiune,- curent,- viscozitate mediu.

Daca in procesul de electromigrare proba de analizat este serul (plasma), in electroforezele obisnuite (de performanta medie) se vor obtine 4-5 fractii proteice in care cele cateva zeci de specii proteice prezente in proba se vor aranja. Migrarea anodica puternica va fi realizata de speciile proteice componente ale albuminelor datorita in principal maselor relativ mici (40-60 KDA=kilodalton). Deplasarea anodica slaba vor suferi α-globulinele care poseda M mai mare decat a albuminelor. β-globulinele prezinta migrare catodica slaba datorita maselor lor mari si f mari care pot atinge 1000 kDa. γ-globulinele prezinta migrarea catodica cea mai pronuntata, masele lor moleculare fiind de aprox (100-200) Kda.

Prin conventie electroferograma se citeste cu polul pozitiv (anodul) sus si catodul jos. Albuminele reprezinta fractia cea mai abundenta dintre toate celelalte care poate atinge aprox 60 % din totalul proteinelor serice si care este urmata de γ-globuline care pot atinge aprox 20 % din totalul proteinelor serice, iar α si β-globulinele se gasesc aprox in proportie de 10 %.

Imunoglobuline Ig= specii macromoleculare de natura proteica (glicoproteica) care migreaza majoritar in zona γ-globulinelor, unele dintre ele si in zona β-globulinelor si care se biosintetizeaza in raport cu un antigen patruns in organism pe cale circulatorie. Antigenul trebuie sa posede un minim de M pt a induce biosinteza de imunoglobuline, anticorpi si trebuie sa prezinte cel putin o zona polara in molecula, numita determinant antigenic (epitop). In raport cu epitopii prezenti pe antigene (recunoscuti ca non self) se biosintetizeaza imunoglobuline capabile sa recunoasca si sa lege antigenele care i-au indus biosinteza in vederea constituirii complexului antigenic:Ag+Ac ↔AgAcComplexul antigenic astfel constituit este recunoscut prin intermediul lanturilor oligozaharidice prezente pe imunoglobulinele din complex de catre celulele efectoare (macrofag) si dupa internalizarea complexelor, complexul este degradat chimic si in acest mod antigenul este eliminat din circulatie. Atunci cand capacitatea de legare a antigenului si

Page 14: Curs Biokimie

de degradare a acestuia este depasita, la nivelul organismului se instaleaza starile patologice induse de aceste antigene.

Atunci cand antigenul poseda dimensiuni mici poate reactiona atat in vivo cat si in vitro cu unele macromolecule si in acest mod complex rezultat de tip haptenic poate induce declansarea procesului de biosinteza a imunoglobulinelor, atat fata de macromolecula legata /de legare cat si fata de haptena.

Structura de baza a imunoglobulinelor= sub forma unui tetramer (constituit din 4 lanturi polipeptidice). Cele 4 lanturi polipeptidice (2 usoare/light/L si 2 grele/heavy/H=) sunt legate intre ele prin interm unor legaturi disulfura. In acest mod exista 4 capete N-/amino-terminale si respectiv 4 capete C-/carboxi-terminale. Zona amino-terminala este cea care recunoaste si leaga in mod specific antigenul care i-a indus biosinteza.Zona constanta carboxi-terminala nu ia parte direct la interactia Ag Ac insa moduleaza procesul de interactie. Spre deosebire de aceasta zona N-terminala prezinta variabilitate in ceea ce priveste structura primara, dependent de natura antigenului si din aceasta cauza prezinta specificitate absoluta / relativa in raport cu antigenul care i-a indus biosinteza. Zona constanta a Ig prezinta o structura primara identica pt fiecare specie de vertebrat si din aceasta cauza atunci cand este inoculata/introdusa de la o specie la alta este recunoscuta ca nonself si se utilizeaza pt biosinteza unei Ig anti Ig. Ex. Ig om → iepure→Ig iepure anti Ig om

Zona mediana a Ig se numeste zona balama si prezinta un nr mare de resturi de Prolina. Din aceasta cauza in aceasta zona nu se intalneste organizarea secundara α-helix, iar datorita organizarii primare, macromolecula poseda o zona preferential planara, susceptibila atacului proteolitic si din aceasta cauza macromoleculele Ig sunt cele mai usor degradate incepand cu aceasta zona. In aceasta zona prezenta abundenta a resturilor de prolina permite o modificare substantiala a unghiurilor, ceea ce conduce la cresterea capacitatii de interactie dintre zona variabila si antigen in vederea constituirii complexului AgAc.

Tot in zona constanta a Ig se intalnesc lanturi oligozaharidice care au rolul de a interactiona cu receptorii lectinici prezenti pe membranele celulare in vederea recunoasterii si legarii fie a anticorpului, fie a Ig singulare, fie a anticorpului/Ig care a legat antigenul in vederea distructiei. Se cunosc pt specia om 5 tipuri de imunoglobuline bazate pe structura de baza. Diferentierea dintre tipurile de Ig este data de natura lanturilor grele H. Astfel IgG are lantul H gama, IgA are lantul alfa, IgM are lantul µ, IgD are lantul delta , IgE epsilon.Diferenta dintre lanturile grele se refera la structura primara a acestora si la tipul si nr-ul de lanturi oligozaharidice legate in zona carboxi-terminala. Toate tipurile de Ig poseda lanturi usoare fie lambda, fie K si dapdv nu pot fi diferentiate. Cantitativ IgG este Ig cu prezenta majoritara aprox 70% din totalul Ig, IgA este Ig cu conc medie, IgM este continuta in concentratii relativ mici, iar IgD si IgE se gasesc in concentratiile cele mai mici.IgG= Ig majoritara, asigura apararea imuna (imunitatea) la nivel general, adic sistemic pt organismele tuturor vertebratelor.

- Prezinta structura asemanatoare cu cea de baza si actioneaza in faza cronica a apararii imune, conc ei max fiind dupa 14-21 zile de la stimularea antigenica (patrunderea antigenelor in organsim).

- Realizeaza apararea imuna in raport cu antigenele de natura virala si bacteriana. Pana la realizarea imunitatii prin intermediul IgG, la nivelul organismului uman pot actiona alte Ig2 (in faza acuta) / alti compusi cu actiune specifica (complementul).

IgM- Structural poseda 5 structuri de baza legate prin intermediul unor proteine de legare

(joining) care realizeaza legaturi covalente in zonele constante ale structurilor de baza.

Page 15: Curs Biokimie

- Realizeaza apararea imuna sistemica, asemanator cu IgG, dar in faza acuta, aceasta posedand concentratie maxima la 7-14 zile de la stimularea antigenica.

- Capacitatea de legare a antigenelor de catre IgM este f mare si din aceasta cauza ea actioneaza in faza acuta pt a anihila pe cat posibil antigenele invadatoare si numai dupa ce capacitatea acesteia este depasita sa intervina celelalte specii imunoglobulinice.

IgA - Se cunosc mai multe subclase de IgA:

o IgA serico IgAs secretor

- Daca IgA seric prezinta rol si structura similare cu IgG, IgAs prezinta o structura dimera. Cei 2 dimeri sunt legati prin intermediul a 2 specii polipeptidice: in zona constanta - lantul joining, in zona balama – lantul componenta secretorie. Daca IgA se gaseste numai in ser, IgAs se gaseste numai in secretii: lacrimala, nazala, bucala, gastro-intestinala, vaginala, spermica.

- Daca IgA intervine in apararea sistemica, IgAs intervine in apararea locala, unde realizeaza apararea imuna in faza acuta ca si IgM.

IgD= Ig biosintetizata in concentratii mici, care are rol anticorpic, dar neinsemnat.

- Structura IgD se aseamna cu structura de baza cu deosebirea ca in zona balama exista o zona puternic extinsa care este expusa atacului enzimelor proteolitice si din aceasta cauza concentratia IgD este mica.

- De asemenea zona constanta IgD este puternic glicozilata fiind capabila astfel sa constituie legaturi de tip lectinic la nivelul majoritatii celulelor, ceea ce determina eliminarea acestuia din circulatie si scaderea efectului anticorpic.

- Rolul fundamental al IgD se refera la capacitatea generarii memoriei imunologice.- Prin interventia IgD se constituie in urma unei stimulari antigenice celule de memorie

la nivelul organismului vertebratului, ceea ce determina ca la o urmatoare stimulare antigenica sa se realizeze o biosinteza exploziva de Ig capabile sa anihileze rapid si eficient antigenul invadator.

- Pt specia om, pt anumite antigene prin intermediul IgD se realizeaza imunitatea pe viata in raport cu acestea.

IgE = Ig care poseda structura asemanatoare cu structura de baza, ca si IgD este puternic glicozilata in zona constanta, insa se biosintetizeaza in cantitatea cea mai mica dintre toate Ig2. Prin intermediul lanturilor oligozaharidice din zona constanta, IgE este recunoscuta de receptorii celulari in special de celulele care participa la efectul inflamator: limfocite, mastocite, bazofile, eozinofile. Prin aceasta recunoastere, urmata de legarea IgE la nivelul receptorului membranar, efectul biologic este liza membranara: continutul citoplasmatic se varsa la nivelul tesutului.

Procesele de liza membranara se realizeaza preponderent la nivelul mastocitelor.Pt specia om si pt anumite antigene numite alergene in organism se biosintetizeaza cantitati excedentare de IgE, care dupa receptarea lor la nivelul mastocitelor induc liza mastocitara si aparitia unor procese patologice, clinic vizibile. Aceste afectiuni se numesc alergii. Alergie=boala cu etiologie necunoscuta. Congestii, lacrimare, secretie abundenta salivara, nazala, roseata pe tegumente, prurit, dureri.

Procesele alergice necontrolate pot duce la anafilaxie = moarte.Mecanismele prin care sunt declansate alergiiile se refera la faptul ca prin liza mastocitara in urma interactiei mastocitului cu IgE, continutul mastocitar se varsa la nivelul tesutului, iar

Page 16: Curs Biokimie

acesta prin prezenta histaminei chininelor, citochinelor, ecosanoizilor induc aparitia formelor clinice de manifestare a alergiilor.

Dinamica biosintezei anticorpilor dupa stimularea antigenicaIgM este Ig biosintetizata in faza acuta care asigura dupa cateva zile imunitatea organismului, iar incepand cu 10-14 zile de la stimularea antigenica concentratia acestei specii tinde sa scada, iar prin feedback pozitiv IgG actioneaza in faza cronica, tinde sa creascas cantitativ. Celelalte Ig2 nu prezinta importanta fundamentala, deoarece biosinteza acestora este relativ lenta si cantitativ mica.

Concentratiile imunoglobulinelor la nastere si dupa nastere a puiului de omPt specia om in organismul fetusului incepand cu luna a 6-a se transfera IgG matern

prin intermediul placentei / sangelui placentar catre acesta si pana la 9 luni de viata al fetusului, concentratia IgG si specificitatea fata de mediul inconjurator atinge maximul posibil, intocmai ca in organismul matern. Astfel ca la nastere fatul posea aparare imuna pasiva prin intermediul Ig2 materne, dar sistemul sau imunitar nu functioneaza pana la 3-4 luni. Din aceasta cauza, este strict necesara alaptarea nou-nascutului minimum 4-5 luni pt asigurarea imunitatii pasive prin intermediul laptelui matern. In genere, chiar si in aceste conditii, imunitatea nou-nascutului scade dramatic si in jurul varstei de 3-4 luni morbiditatea este maxima. Doar incepand cu luna a 4-a de viata, IgG incepe sa fie biosintetizat, in raport cu antigenele din mediu si atinge concentratia optima doar dupa varsta de un an.

Celelalte Ig2 pt specia om nu sufera pasajul transplacentar ci apar ca sisteme de aparare dupa nastere, realizand imunitatea pasiva a nou-nascutului, datorita alaptarii (IgA si IgM se gasesc de asemenea in laptele matern).

LIPIDE

= compusi cu caracteristici hidrofobe datorita slabei polaritati/nepolaritati a moleculelor lor.In genere, lipidele prezinta caracteristici amfifile, datorita existentei unei zone limitate

ca dimensiuni de natura polara comparativ cu o zona extinsa a moleculei cu caracteristici nepolare.

Majoritatea lipidelor au in structura lor resturi ale acizilor grasi, care participa in acest mod atat pt constituirea zonei puternic hidrofobe, cat si a zonei slab hidrofile. Rolul lipidelor:

Plastic – toate membranele celulare sunt constituite din sisteme dublu lipidice, iar particulelele lipoproteice de asemenea ca sisteme circulatorii pt lipide au in compozitie lipidele.

Rezerva energetica – majoritatea lipidelor prezente sub forma de triacilgliceroli TG se constituie sub forma unor tesuturi adipoase care pot fi utilizate in scopuri energetice prin deplasarea lor de la aceste niveluri la nivelul celulelor periferice in vederea arderii lor metabolice.

Protectie mecanica - tesutul adipos Termoizolant – triacilglicerolii Prezervarea apei / retinerea apei Izolator electric

Acizii grasi

Page 17: Curs Biokimie

= principalele componente lipidice care cu putine exceptii se intalnesc in majoritatea compusilor cu caracteristici hidrofobe de natura organica.

Acizii organici care poseda minimum 4 atomi de C, o grupare COOH carboxil si un rest hidrocarbonat saturat / nesaturat compus in genere dintr-un nr par de atomi de C, alcatuiesc clasa acizilor grasi.

Majoritatea speciilor acizilor grasidin organismele vii poseda insa intre 12-20 atomi de C. In organismele vii, acizii grasi se gasesc f rar liberi, in maj cazurilor se gasesc sub forma de combinatii dintre care cele mai imp sunt esterii si rsp amidele.

Lanturile hidrocarbonate ale acizilor grasi saturati prezinta structuri conformationale de regula in forma de zig zag si un grad inalt de hidrofobicitate. Acest grad de hidrofobicitate se va impune intregii structuri datorita dimensiunilor mari comparativ cu gruparea carboxil, care poseda dimensiuni mici si prez caracteristici hidrofile. Din aceste motive, aceste specii de acizi poseda caracter amfifil.

Acizii grasi nesaturati poseda un lant hidrocarbonat in care exista una sau mai multe legaturi pi, iar restul hidrocarbonat in conditii normale in organismele vii se intalnesc preponderent in configuratie cis. Prelucrarea chimica a acizilor grasi polinesaturati poate transforma configuratia cis in configuratie trans (obtinerea margarinei din uleiurile vegetale). Cu cat intr-un amestec proportia de acizi nesaturati in configuratie trans este mai mare, cu atat probabilitatea declansarii unor afectiuni de natura aterosclerotica este mai mare. Cel mai cun este acidul oleic, ac linoleic, ac linolenic, ac arahidonic.

Daca acidul linoleic si linolenic nu pot fi biosintetizati in organismul uman, prezenta lor este strict necesara deoarece aceste specii moleculare stau la baza biosintezei acidului arahidonic cu implicatii la randul sau in biosinteza hormonilor locali=eicosanoidele. Din aceasta cauza acidul linoleic si linolenic sunt esentiali pt ca aportul lor in organismul uman se realizeaza exclusiv prin interm hranei, iar absenta lor din hrana conduce la carente mari la nivelul metabolismului celular.

Denumirea acizilor grasi nesaturati se poate realiza si prin alte 2 modalitati utilizate in special in nutritie. Prin conventie ultimul atom de C din orice molecula organica poarta litera omega . Pe baza acestei conventii, acizii grasi nesaturati se pot denumi dupa pozitia primei legaturi pi in raport cu ultimul atom de C din molecula (numerotarea se realizeaza de la atomul de C carboxilic). Conventia de de numire pe baza pozitiei si nrului dublei legaturi de tip CnX; X=nr de duble legaturi; m,n,o,p,q=pozitia dublei legaturi

Nesaturarea la nivelul radicalului hidrocarbonat din acizii grasi induce aranjarea planara a atomilor de C de o parte si de cealalta a legaturii pi (rigiditate), comparativ cu toti ceilalti atomi de C care se gasesc in hibridizare sp3 si prezinta aranjament spatial. Planaritatea indusa de legaturile pi din zona hidrocarbonata induce si instabilitate chimica, la aceste niveluri avand loc preponderent reactiile chimice (aditii, oxidari) si mai putin au loc reactii chimice la atomii de C sp3.

Acizii grasi saturati/nesaturati poseda caracteristici acide slabe, ei comportandu-se in mediu apos ca sisteme donoare de p+ intocmai ca si in cazul acizilor carboxilici generali. Echilibrul reactiei cu apa fiind mult deplasat spre stanga.

R-COOH + HOH↔R-COO- + H3O+

Prezenta alaturi de gruparea carboxil a resturilor hidrocarbonate si a legaturilor pi imprima acestora reactivitate specifica fiecarei zone. Principala grupare functionala (gruparea carboxil) poate da reactii specifice acesteia cu alcoolii, metalele, oxizii bazici, bazele, sarurile si pot forma compusi din clasa sarurilor (sapunurilor, esterilor, amidelor, nitrililor si clorurilor de acizi.

Reactia specifica si cu implicatii majore in patologia umana se produc la nivelul legaturilor pi prin interactia cu [O] sau cu O3 (ozonul).

Page 18: Curs Biokimie

Prin ozonizare se formeaza in prima faza ozonida corespunzatoare care in prezenta apei este instabila si se transforma in compusii carbonilici corespunzatori, eliberandu-se ca produs secundar apa oxigenata H2O2 (peroxid de hidrogen). Toti acesti compusi sunt potential periculosi pt organismul uman, deoarece sunt activi chimic si pot interactiona cu alte specii moleculare prezente in metabolismul celular. Reactia cu [O] presupune atacul la nivelul atomului de C alilic (alfa in raport cu legatura pi) si formarea hidroperoxizilor corespunzatori, care si acestia sunt deosebit de reactivi si tind sa se stabilizeze pe seama altor molecule din metabolismul celular ceea ce determina dezvoltarea unor stari patologice.

Triacilglicerolii (TG)= esteri ai glicerinei cu acizii grasi. In urma interactiei dintre glicerina (glicerol) si

acizii grasi, esterii rezultati prezinta caracteristici neutre dpdv acido-bazic, neutre electric si cu caracteristici hidrofobe pronuntate comparativ cu ambele specii care au interactionat. Caracteristicile hidrofobe accentuate ale TG se materializeaza prin faptul ca acestea constituie depozite lipidice la nivelul tesuturilor din toate organismele vii. Caracterul puternic hidrofob si puternic hidrocarbonat (redus) determina consumul unor cantitati mari de O in arderile lor metabolice (pana la CO2 si H2O) ceea ce conduce la elaborarea unei cantitati mari de energie. Prezenta unor caracteristici puternic hidrofobe nu permite interactia cu apa din mediile biologice (hidratarea) ca si in cazul zaharidelor si din aceasta cauza arderea aceleiasi unitati de masa de TG determina elaborarea unei cantitati de E de 3x mai mare decat in cazul arderii zaharidelor. Cu toate acestea organismele vii (in special omul) prefera degradarea in scopuri energetice a zaharidelor si nu a lipidelor, datorita echipamentului enzimatic facil in cazul degradarii zaharidelor. Lipidele sufera procese degradative cu scopuri energetice doar dupa ce excedentul glucidic circulant a fost consumat. Consumul de TG prezerva glucidele pt anumite tesuturi pt degradare (eritrocite, creier) care sunt tesuturi gluco dependente. Din aceste pcte de vedere, arderile lipidelor (TG) in organismul uman prezinta eficienta energetica comparativ cu arderile zaharidelor.

Reactiile fundamentale in care sunt implicate TG sunt reactii de hidroliza care se pot desfasura in vitro si in vivo. In prezenta bazelor tari se produce procesul de saponificare, hidroliza in urma caruia se obtin sarurile corespunzatoare ale acizilor grasi componenti alaturi de glicerina.

TG pot suferi si hidroliza acida, dar in aceste cazuri se obtin acizii grasi si nu sarurile lor!!! In conditii enzimatice, in vivo si in vitro TG se transforma in gliceroli si acizii grasi corespunzatori, monoacilgliceroli sau diacilgliceroli si respectiv acizii grasi corespunzatori. In vivo, monoacilglicerolii si acizii grasi rezultati in hidroliza enzimatica sufera pasajul prin membrana intestinala si sub forma unor particule lipoproteice constituite la nivelul peretelui intestinal (chilomicroni CM) patrund in fluxul sangvin si de aici sunt transportati la nivel celular. TG provin in organismul uman atat din mediu (hrana) cat si din biosinteza proprie, care se realizeaza limitat la nivelul unor tesuturi: ficat, tesut si intestin subtire.

Fosfolipide (fosfogliceride, glicerofosfatide) PLSeamana structura cu TG cu deosebirea ca la nivelul atomului de C 3, hidroxilul OH

din glicerina este esterificat cu acidul fosforic sau cu un ester fosfat.Resturile acil din fosfolipide PL poate fi saturat / nesaturat. !!De regula, restul nesaturat se gaseste in poz 2, care de regula este acidul arahidonic.

Spre deosebire de TG care sunt puternic hidrofobi, prezenta restului fosfat in PL induce un grad de polaritate moleculei si chiar sarcina electrica, deoarece acidul fosforic este un acid slab, iar restul fosfat legat in poz 3 in conditii fiziologice este incarcat electric negativ. Prezenta resturilor acil, fosfat/ esterfosfat in PL induce capacitatea acestora de a reactiona cu diversi agenti chimici (metaboliti) si de a forma diferite structuri care de cele mai multe ori poseda functii fiziologice. Caracterul amfifil al PL si capacitatea de a constitui o varietate de

Page 19: Curs Biokimie

compusi chimici determina ca acestea sa constituie structura fundamentala a tuturor membranelor celulare si subcelulare si structura tuturor particulelor lipoproteice. Prin caracterul amfifil, aceste structuri organice pot participa la constituirea in lichidele apoase (biologice) a unor structuri relativ instabile de tip micelar / vezicular.

Spre deosebire de toate TG, PL se pot biosintetiza in toate celulele organismului uman. Aceasta permite constituirea relativ usoara la nivelul tuturor tesuturilor a membranelor celulelor degradate, care urmeaza sa ia locul acestora in procesul mitotic. Dupa natura restului X din structura PL se cunosc mai multe clase: acidul fosfatidic X=H, fosfatidaetanolamina, atunci cand X=etanolamina, Fosfatidil serina X=serina...(slide)P.A. functiile lor

Reactia de baza in vivo/in vitro este hidroliza care poate fi in mediu acido-bazic in vitro/enzimatica in vivo. In prezenta bazelor tari (NaOH) se elibereaza din PL sapunurile corespunzatoare resturilor acil si rsp alcoolul corespunzator esterfosfatilor.

In vivo pt degradarea hidrolitica a PL sunt angrenate 4 specii enzimatice distincte (fosfolipaze). Aceste fosfolipaze ataca gruparile esterice dupa pozitiile lor: fosfolipaza A1 pt gruparea fosfoester 1, fosfolipaza 2 in poz 2, fosfolipaza C actioneaza catalitic la niv at de C 3, la nivelul gruparii esterice dintre glicerina si acidul fosforic, iar fosfolipaza D are actiune catalitica la nivelul gruparii ester fosfat legata de ultimul atom de C.

SfingolipideAu la baza sfingozina, care este un alcool care poseda 18 atomi de C, 2 grupari OH,

una primara alta secundara, o grupare amino si o legatura pi.Sfingozina poate fi substituita in sfingolipide de dihidrosfingozina, care se deosebeste de sfingozina prin disparitia legaturii pi. Sfingozina/dihidrosfingozina nu apar ca atare in sfingolipide, ci intotdeauna sub forma de ceramide, care sunt amide ale sfingozinei/dihidrosfingozinei cu acizii grasi saturati/nesaturati.

Dependent de natura resturilor legate la nivelul ceramidelor se cunosc mai multi compusi:

Sfingomielinele = esterfosfati ai ceramidelor la nivelul hidroxilului primar care e in poz colina. P.A. functii

Cerebrozidele (glicosfingolipide) = derivati ai ceramidelor in care la nivelul gruparii OH primar este legat un singur rest monozaharidic care de regula este galactoza / galactozamina. Legatura este de tip β-glicozidic. P.A. cerebrozide

Daca la nivelul restului galactozic/ N-acetil galactozic se gaseste si un rest sulfat se obtin sulfatidele, ca sfingolipide care poseda incarcare electrica in conditii fiziologice. Spre deosebire de cerebrozide si sfingomieline, in sfingomieline cele 2 sarcini opuse provenite din restul fosfat si rsp din restul de colina se neutralizeaza. P.A.

Gangliozidele (fara structura) = asemanatoare ca structura cu cerebrozidele, dar la nivelul gruparii OH primar din acestea se leaga β-glicozidic un rest oligozaharidic care contine de regula un rest de acid sialic (antigenitate, specificitate, lectina, recunoastere a propriului, receptie). In lantul oligozaharidic din gangliozide apar de regula resturi ale glucozei / galactozei N-acilate sau nu, care leaga de regula acidul sialic in pozitia 3 a unuia dintre resturile monozaharidice din lantul oligozaharidic.

Ca si fosfolipidele, sfingolipidele constituie partea structurala a tuturor membranelor celulare/subcelulare din toate sistemele vii si dependent de structura interna a lantului oligozaharidic, aceste specii moleculare prezinta un anumit grad de specificitate. Atunci cand gangliozidele constituie membrana eritrocitara imprima acestora specificitatea de grup cu mari implicatii in transfuzii inducand incompatibilitatea/compatibilitatea daca gangliozidele constituie membranele celorlalte celule prezente in tesuturi, induc specificitatea de tesut/de organ. Celula renala se deosebeste de celula hepatica si prin structura de tip gangliozidic. Fata

Page 20: Curs Biokimie

de celulele normale umane, celulele canceroase/mielomatoase se deosebesc prin interm gangliozidelor care poseda alte structuri pt acelasi tip de celula fata de celula normala si astfel aceste structuri devin markeri in dezvoltarea proceselor mielomatoase.

CiclopentanoperhidrofenantrenConstituie nucleul de baza al tuturor steroidelor care fara exceptie fac parte din lipide.

Aceste substante de natura organica prin nucleul lor prezinta caracteristici puternic hidrofobe, sunt greu de transportat prin interm lichidelor biologice, au tendinta puternica de a se depune la nivelul unor tesuturi si sunt implicate in dezvoltarea multor afectiuni patologice (aterosclerozele). Nucleul prez 6 centre de asimetrie poz 10-5, 8-9, 13-14, trei puncte principale de substitutie: 3,11,17. Daca ciclurile A si B se gasesc fie in configuratie cis fie in configuratie trans, ciclurile B, C, si rsp C, D se gasesc doar in configuratie trans.

Specia umana nu are echipament enzimatic specific degradarii nucleului ciclopentanoperhidrofenantrenic si din aceasta cauza fie in urma absorbtiei de alimente din mediu, fie in urma biosintezei, nucleul are tendinta de stocare si de inducere in aceste conditii a starilor patologice. Principalul compus in care este prezent nucleul ciclopentanoperhidrofenantrenic si care sta la baza multor altor compusi din aceeasi categorie este colesterolul, care in poz 3 OH, poz 5 leg pi, poz 17-rest hidrocarbonat. Prezenta gruparii hidroxil OH libere in colesterol induce caracter amfifil acestuia, insa de regula colesterolul nu se gaseste liber (gruparea OH este esterificata cu un acid gras) si formeaza colesterolul esteric corespunzator in care caracterul amfifil dispare.

(a) = free colesterol(b) = colesterol esterificatIn plante nu exista colesterol, in schimb exista fitosteroli.Acizii biliari sunt derivati ai colesterolului in care lantul hidrocarbonat din poz 17 se termnina intotdeauna cu o grupare COOH, iar la nivelul nucleului ciclopentanoperhidrofenantrenic exista un nr mare de grupari hidroxil OH libere in afara gruparii OH din poz 3. Aceste caracteristici determina ca structura acizilor biliari sa posede caracteristici mai hidrofile comparativ cu colesterolul, insa molecula in ansamblu prez caracteristici amfifile. Din aceste motive, acizii biliari prez caracteristici tensioactive si sunt utilizati in organismele vii cu rol emulsionant. Emulsiile realizate la nivelul organismului uman se intalnesc in special la nivelul IS, unde se realizeaza prima parte a degradarii lipidelor ingerate in vederea realizarii transferului acizilor grasi exogeni in fluxul sangvin. In absenta acizilor biliari nu s-ar putea realiza emulsionarea lipidelor in lumenul intestinal, iar interactia dintre lipaze (enzime hidrolitice care asigura degradarea lipidelor exogene) nu ar putea sa actioneze asupra lipidelor, deoarece enzimele sunt hidrosolubile, in timp ce lipidele sunt liposolubile. Nemaiconstituind particule f fine de natura coloidala in prezenta acizilor biliari, se poate realiza la nivelul acestor particule interactia specifica dintre aceste specii moleculare.

Acizii biliari se biosintetizeaza la nivel hepatocitar si de aici sunt secretati la nivelul bilei, de unde sunt transferati la nivelul IS in vederea realizarii emulsionarii. Transferul de la hepatocit la nivelul bilei se realizeaza sub forma unor complexe in prezenta fosfolipidelor si colesterolului si aceasta modalitate este o forma de transfer a colesterolului sub forma solubilizata. Un dezechilibru al celor 3 componente din complexul anterior poate induce insolubilizarea colesterolului, materializata prin depunerea acestuia si aparitia colelitiazei. Acizii grasi din IS parasesc lumenul intestinal si patrund in IG (intest gros) unde in cea mai mare parte sufera un proces de reabsorbtie. Restul de cateva procente se elimina prin interm fecalelor. Prin aceasta operatie de

Page 21: Curs Biokimie

excretie a acizilor biliari se realizeaza de fapt indirect eliminarea partiala dar continua a nucleului ciclopentanoperhidrofenantrenic din organism.

Pe langa rolul de emulgator la nivelul lumenului intestinal acizii biliari sunt implicati si in activarea lipazelor in vederea cresterii activitatii enzimatice si degradarii (digestiei) lipidelor.

In organismul uman alaturi de acizii biliari se intalnesc si sarurile biliare al caror efect emulsionant este mai puternic. Sarurile biliare de asemenea se biosintetizeaza tot la nivel hepatocitar utilizand acizii biliari biosintetizati tot la acelasi nivel. Pt constituirea sarurilor biliare, acizii biliari constituie legaturi amidice fie cu glicina, fie cu taurina, iar capetele lantului amidelor se gasesc sub forma ionizata in conditii de pH slab bazic, sub forma de carboxilat sau sulfonat. Pt constituirea sarurilor biliare, in genere glicina si taurina participa intr-un raport molar de aprox 3:1.

Eicosanoidele (leucotriene LT, prostaglandine PG, prostacilcline PGI, tromboxoni)

= compusi derivati ai acidului arahidonic prezent la nivelul fosfolipidelor membranare de unde in prezenta fosfolipazei A2 se elibereaza iar in prezenta lipooxigenazei se transforma in LT, iar in prezenta ciclooxigenazei se tranforma in PG, ... Toti acesti compusi prez rol hormonal local, sunt biosintetizati in maj celulelor organismului uman in concentratii f mici si cu efecte f mari asupra intregului organism. Dintre cele 2 enzime implicate in biosinteza eicosaneidelor, ciclooxigenaza implicata in biosinteza PG prezinta inhibitori antiinflamatorilor nesteroidici ( aspirina, fenilbutazona, indometacinul). Explicatia acestei comportari (pe care nu o are lipooxigenaza consta in faptul ca ciclooxigenaza prezinta la nivelul centrului activ enzimatic un rest de serina (OH primar) care in prezenta antiinflamatorilor nesteroidici sufera un proces de acilare in urma caruia se modifica conformatia si configuratia proteinenzimei diminuandu-se simultan activitatea enzimatic.

Ciclooxigenaza actioneaza impreuna cu peroxidaza, glutationul si [O] la nivelul acidului arahidonic, unde realizeaza un ciclu pentacarbonic care este specific tuturor prostaglandinelor.

Leucotrienele, spre deosebire de celelalte eicosanoide poseda in moleculele lor minimum 3 legaturi pi conjugate.Efectele eicosanoidelor la nivelul organismului uman sunt deosebit de variate si cu implicatii in desfasurarea multor procese fiziologice. P.A. functii (fara structurile eicosanoide)

Particule lipoproteiceLipidele datorita caracterului lor hidrofob nu sunt solubile in lichidele biologice si nu

pot fi transportate prin interm acestora ca atare. Din aceasta cauza, exploatand caracterul lor amfifil in mediile biologice se constituie aranjamente globulare de tip micelar, in care zonele hidrofobe sunt indreptate catre interiorul sistemului in absenta contactului cu apa, iar zonele polare se aranjeaza inspre exteriorul structurii in contact direct cu apa. Acest aranjament asigura o relativa stabilitate termodinamica a aranjamentelor globulare in lichidele apoase. Starea micelara a lipidelor din organismul uman se materializeaza prin constituirea particulelor lipoproteice in care structura micelara este completata de prezenta unor proteine/glicoproteine numite apolipoproteine (apoproteine). Aceste structuri globulare complexe prezinta stabilitate in raport cu lichidele biologice, stabilitate care este crescuta de prezenta apoproteinelor. Dependent de natura (structura) particulelor lipoproteice se cunosc mai multe tipuri de apoproteine A,C,D,E, B48, B100. Dupa structura apoproteinelor, acestea pot fi integrale si respectiv periferice in raport cu structura globulara rezultata. Apoproteinele integrale prezinta o structura majoritar helicala (caracter hidrofob mai ridicat) si din aceasta

Page 22: Curs Biokimie

cauza lanturile polipeptidice pot interactiona cu lanturile hidrocarbonate ale lipidelor integrandu-se in acest mod inspre interiorul globulului. Apoproteinele periferice prezinta majoritar structura nehelicala si nu pot interactiona cu lanturile hidrocarbonate lipidice si din aceasta cauza interactioneaza doar cu zonele hidrofile lipidice care sunt aranjate catre exteriorul globulului.Dpdv al structurii lipidice, particulele lipoproteice sunt constituite:

Inspre interior se vor aglomera lipidele puternic hidrofobe (TG – triacilglicerolii si colesterolul esterificat) in absenta contactului cu apa

Inspre exterior se vor aranja toate lipidele cu caracteristici amfifile (fosfolipide, sfingolipide, colesterolul liber) a.i. zonele lor hidrofobe sa interactioneze cu lipidele centrale, iar zonele lor hidrofile sa fie indreptate catre mediul apos. Acest aranjament globular permite constituirea unor sisteme relativ stabile termodinamic constituie atat din lipide puternic hidrofobe, lipide amfifile si apoproteine. Sub aceasta forma, globulele constituite plutesc in mediu apos si realizeaza la nivelul acestuia transportul lipidelor in intregul organism.

Se cunosc mai multe tipuri de particule lipoproteice, iar pt specia om cele mai importante sunt:

CM Kilomicronii VLDL very low density lipoproteins LDL low density lipoproteins HDL high density lipoproteins

Particulelor de tip HDL le corespunde apoproteine de tip A,C,D,E; particulelor VLDL si LDL le coresp apoB100 si CM le coresp apo B48.

Structura particulelor lipoproteice determina si manifestarile acestora prin care se si diferentiaza in camp electric continuu din cauza structurii variate, particulele lipoproteice migreaza diferit etalandu-se dinspre zona catodica inspre zona anodica sub forma unor fractii distincte.

CM datorita compozitiei majoritare bazata pe TG triacilgliceroli si colesterol esterificat ( peste 90%) nu sunt incarcati electric si din aceasta cauza nu migreaza in camp electric continuu, ei raman pe pozitia de start. Celelalte elemente componente ale CM (fosfolipidele, proteinele) se gasesc in proportie de sub 10 % si din aceasta cauza prezinta densitate mica si volum maxim al globulului.

VLDL sunt constituiti asemanator cu CM ca si compozitie deosebirea fundamentala se refera la faptul ca CM se constituie ca particule la nivelul IS din lipide exogene in timp ce VLDL se constituie la nivel hepatocitar din lipide endogene. La nivel central in VLDL scade concentratia TG si colesterolului esterificat in favoarea fosfolipidelor si proteinelor marginale si din aceasta cauza, VLDL prezinta migrare electroforetica in zona pre-β.

LDL se constituie ca particule la nivelul sangelui din VLDL sau la nivel hepatocitar si caracteristica fundamentala a acestor particule se refera la faptul ca creste f mult continutul in colesterol esterificat central pana aproape de 50%, scazand concentratia de triacilgliceroli, iar la nivel exterior se inregistreaza o crestere a continului de proteine si fosfolipide. Daca in CM si VLDL continutul de colesterol esterificat este relativ mic comparativ cu TG, in LDL raportul la nivel central se inverseaza (colesterolul esterificiat este majoritar in raport cu TG). Aceasta observatie determina ca particulele LDL sa prezinte un caracter puternic nepolar central datorat colesterolului esterificat, pe care-l transporta la nivelul intregului organism.

Incarcarea electrica a particulelor LDL este mai slaba decat a celor VLDL si din aceasta cauza ele migreaza in zona β in camp electric continuu. Odata cu cresterea continului de fosfolipide si proteine se inregistreaza la nivelul particulelor lipoproteice o diminuare severa a diametrului particulelor suprapusa pe o crestere a densitatii acestora. Din aceste motive, particulele HDL poseda cele mai mici dimensiuni si cea mai mare densitate in raport

Page 23: Curs Biokimie

cu toate celelalte particule. In structura HDL, miezul central se diminueaza substantial comparativ cu toate celelalte particule lipoproteice (colesterol esterificat, liber si TG procente mici), in timp ce marginal continutul de fosfolipide si proteine creste, putand sa atinga si uneori sa depaseasca 50 %. In camp electric continuu din aceste motive HDL migreaza in zona α (migrare puternic anodica). Ca si LDL, HDL se constituie ca particule la nivelul hepatocitar si de aici circula prin interm lichidelor biologice in vederea asigurarii transportului lipidelor.

METABOLISMUL PARTICULELOR LIPOPROTEICE

CM constituindu-se ca particule la nivelul IS in prezenta apo B 48 care se biosintetizeaza la nivelul peretelui intestinal si face parte din clasa albuminelor (asemanator cu toate celelalte apolipoproteinele) au rolul de a transporta lipidele exogene provenite din hrana inspre hepatocit prin interm sangelui. Dupa constituirea particulelor de CM la nivelul IS, acestia sunt eliberati in limfa (plasma) iar la nivelul sangelui sufera transformari chimice. In prezenta lipoproteinlipazelor, TG din CM, se transforma in acizii grasi corespunzatori si rsp in glicerol si acestia sunt utilizati ca atare in metabolism ( arderi metabolice, gluconeogeneza). In acest mod CM se transforma in CM remanenti care la nivelul receptorilor hepatocitari sunt recunoscuti prin intermediul apo B48 jnternalizati in hepatocit si degradati in vederea recuperarii AA din apoproteina B48 si rsp a lipidelor (acizi grasi, colesterol, fosfolipide). In procesul de transport al CM de la nivelul IS la hepatocit, se transfera de la HDL la nivelul CM apoC si apoE care se utilizeaza ca activatori ai lipoproteinlipazelor. Toti compusii rezultati la degradarea hepatocitara a CM se utilizeaza in scopuri proprii organismului in special in procese de biosinteza a lipidelor proprii si rsp cu scop energetic.

VLDL se biosintetizeaza la nivel hepatocitar numai din lipide endogene si au rolul de a le transporta la nivelul tuturor celulelor din organism. Ca si CM, VLDL pot suferi la nivel sangvin in prezenta proteinlipazelor care sub activarea apoC si apoE provenite din HDL transforma o parte din TG diminuand concentratia acestora, ceea ce conduce la cresterea concentratiei colesterolului esterificat central in raport cu TG central, VLDL putandu-se transforma in LDL.

LDL se constituie ca particule atat la nivel sangvin (din VLDL) cat si la nivel hepatocitar. Caracteristica fundamentala a LDL este de a transporta colesterolul la nivelul tuturor celulelor periferice in vederea asigurarii tuturor necesitatilor acestora. Caracterul puternic hidrofob central indus de colesterolul esterificat in LDL determina ca acestea sa prezinte capacitatea de depunere la nivelul tesuturilor atunci cand se gasesc in exces si pot induce in acest mod aparitia aterosclerozelor.

HDL se constituie in special la nivel hepatocitar ca particule si contrar VLDL si LDL care transporta lipidele (in special colesterolul) de la hepatocit la tesuturi), acestea preiau colesterolul de la nivelul celulelor si-l transporta catre hepatocit. Preluarea colesterolului de la celulele periferice de catre HDL se realizeaza prin difuzie simpla, prin contactul direct dintre aceste particule si membranele celulare care contin colesterol liber. In acest mod toate celulele moarte din organism sunt supuse unui proces de colectare a colesterolului liber membranar de catre particulele HDL in vederea reutilizarii acestuia. La nivelul particulelor HDL se produc procese de transformare a colesterolului liber preluat in colesterol esterificat in prezenta unor enzime specifice ( LCAT, ACAT).