Biochimie Curs 2

  • View
    237

  • Download
    0

Embed Size (px)

Transcript

Dr. Sorin Gheorghe Bolog BIOCHIMIE curs II

BIOCHIMIE curs II Biochimia organismelor vii. Apa si ionii.Cuprins:Biochimia organismelor vii ............................................................................................................................ 2 Caracteristicile proprii materiei vii............................................................................................................ 2 Biochimia vietii .......................................................................................................................................... 2 Biomoleculele........................................................................................................................................ 2 Reactii chimice in celula vie .................................................................................................................. 5 Autoreglarea reactiilor din celule ......................................................................................................... 6 Replicarea organismelor vii ................................................................................................................... 7 Apa, cationii si anionii ................................................................................................................................... 9 Apa ............................................................................................................................................................ 9 Proprietatile fizice ale apei. Legatura de hidrogen. ............................................................................ 10 Proprietatile de solvent ale apei ......................................................................................................... 12 Interactii hidrofobe ............................................................................................................................. 13 Ionizarea apei ...................................................................................................................................... 14 Produsul ionic al apei: scara de pH ..................................................................................................... 15 Cationi si Anioni ...................................................................................................................................... 17

1

Dr. Sorin Gheorghe Bolog BIOCHIMIE curs II

Biochimia organismelor viiAsa cum aminteam in primul curs, materia vie este compusa din molecule nevii. Aceste molecule nevii, luate separat si nu ca si constituienti ai organismelor vii, se supun tuturor legilor fizice si chimice care guverneaza materia nevie. Organismele vii poseda alte proprietati care nu apartin materiei nevii.

Caracteristicile proprii materiei viiMateria vie Organizare si complexitate deosebita; numar mare de biomolecule; numar mare de specii. Orice componenta a organismelor vii are o functie specifica. Exista capacitatea de a capta si transforma energia din mediu; utilizeaza materiale prime luate din mediu si le transforma in structuri proprii complicate necesare supravietuirii. Au capacitate de replicare/autoreplicare cu mare fidelitate. Materia nevie Amestecuri intamplatoare de compusi simpli cu o structura putin complicta. Nu exista functii.

Nu se utilizeaza energia externa pentru a-si conserva structura; materia nevie suporta trasformari sub forma de descompunere (stare mai putin organizata) sub actiunea energiilor externe. Nu exista.

Biochimia vietiiDaca se patrunderea secretelor biochimiei vietii trebuie sa luati in calcul logica moleculara a starii vii. Acest lucru presupune ca, desi moleculele din organismele vii se supun principiilor de chimie si fizica clasica, care guverneaza intreaga activitate a tuturor moleculelor, ele interactioneaza intre ele si conform altui grup de principii.

BiomoleculeleCompozitia chimica a organismelor vii este calitativ si cantitativ diferita de cea a mediului in care acestea traiesc. In organismele vii concentratia de carbon si azot este mare, pe cand in materia nevie, prezenta acestora este relativ redusa si sunt sub forma de compusi simplii.

2

Dr. Sorin Gheorghe Bolog BIOCHIMIE curs II

Compozitia chimica a organismelor vii devine din ce in ce mai complexa pe masura ce se afla mai sus pe scara evoutiei. Astfel, in organismul uman, exista aproximativ 10000 de proteine diferite ca structura si functie, fata de aproximativ 3000 cate exista intr-o bacterie numita E. coli. De retinut este si faptul ca aceste biomolecule sunt deosebit de complexe ca si structura. Desi au functii asemanatoare, proteinele din organismul uman sunt diferite de cele ale E. coli, deci fiecare specie are un set de proteine si de acizi nucleici proprii. Desi exista aceasta diversitate imensa de molecule organice, aceasta se reduce la o simplitate uimitoare. Macromoleculele sunt formate din parti mici legate intre ele sub forma unor lanturi lungi. De exemplu, glicogenul sau celuloza constau din molecule de glucoza legate covalent.

Celuloza

Glicogenul

3

Dr. Sorin Gheorghe Bolog BIOCHIMIE curs II

De retinut faptul ca toate proteinele prezente in organismele vii sunt alcatuite doar din 20 de aminoacizi, aranjati in mod diferit. Acesti aminoacizi sunt prezenti la toate organismele vii. Mai mult, acizii nucleici, ADN si ARN, sunt alcatuiti din doar 8 nucleotide care sunt unice la toate organismele vii. O alta caracteristica comuna prezenta la unele unitati constituiente din structura macromoleculelor: fiecare indeplineste o functie in celula vie, sunt adaptabile si pot juca mai multe roluri. Aminoacizii nu sunt numai precursori pentru proteine, ci intra si in compozitia hormonilor, a alcaloizilor, porfirinelor, pigmentilor, etc. Unele nucleotide nu sunt numai constituienti ai acizilor nucleici, ele intra si in structura unor molecule purtatoare de energie sau coenzime. Astfel se nasc urmatoarele axiome: Exista o simplitate extraordinara in organizarea moleculara a celulei. Toate organismele vii au un stramos comun. Identitatea fiecarei specii este pastrata prin prezenta unor seturi caracteristice de acizi nucleici si proteine. Exista un principiu remarcabil privind economia moleculara in organismele vii.

Probabil ca celulele vii contin moleculele cele mai simple cu putinta in cel mai mic numar de tipuri diferite, suficient pentru a le conferi viata si particularitate de specie, in conditiile de mediu in care existam. O alta axioma care se poate deduce din comportamentul organismelor vii: Organismele vii isi creeaza si mentin ordinea lor fundamentala pe seama mediului, in care induc dezordinea si intamplarea. (organismele vii absorb din mediu energia necesara si redau acestuia o cantitate echivalenta de energie sub o forma care le este mai putin utila)

In limbajul fizicii, organismele sunt sisteme deschise, ele fac schimb de energie si materii prime cu mediul in care traiesc. Caracteristic sistemelor deschise este faptul ca ele nu sunt in echilibru cu mediul in care traiesc. O alta reflectare a comportamentului organismelor vii ele au eficienta maxima in prelucrarea energiei si a materiei. De asemenea, organismele vii functioneaza ca niste masini chimice izoterme. Cu alte cuvinte, indiferent de etapa de viata in care se afla o celula, temperatura ei este constanta pe toata suprafata ei.

4

Dr. Sorin Gheorghe Bolog BIOCHIMIE curs II

Reactii chimice in celula vieCelulele vii sunt veritabile masini chimice perfect adaptate reactiilor chimice ce se desfasoara in interiorul lor. Randamentul reactiilor chimice intr-o celula vie este de 100%. Aceasta performanta se datoreaza prezentei enzimelor. Enzimele sunt proteine inalt specializate ce catalizeaza numai un anumit tip de reactie chimica. In prezent se cunosc aproximativ 2000 de tipuri de enzime implicate in reactiile din organismele vii. O enzima catalizeaza transformarea unei anumite substante intr-o anumita directie, spre un anumit produs final, fara a interfera cu posibilele alte cai de transformare ale substantei respective sub actiunea altor enzime. Din acest motiv organismele vii pot realiza simultan multe si variate reactii chimice individuale fara a se incurca intr-un labirint de produsi secundari inutili. Din aceste considerente mai putem extrage o axioma a starii vii: Specificitatea interactiilor moleculare din celule rezulta din complementaritatea structurala a moleculelor ce interactioneaza.

Reactiile biochimice din organism pot exista independent sau se cupleaza in serii de reactii, in lanturi de reactii de 2 pana la 20 de etape (reactii independente) care pot urma cai convergente sau divergente. Aceste serii de reactii determina orientarea proceselor spre produsi finali specifici de care celula are nevoie. Celulele pot fi impartite in doua mari clase in functie de energia pe care o iau din mediul inconjurator celule fotosintetizante (care utilizeaza lumina solara ca principal factor de energie) si celulele heterotrofe (care obtin energie din degradarea moleculelor organice puternic reduse, bogate in energie cum este si glucoza). Desi iau energia din mediu sub forme diferite, ambele tipuri de celule o conserva in ATP. Transportand energia catre alte molecule, ATP-ul pierde gruparea fosfat si se transforma in ADP (energetic mai sarac). La randul sau ADPul poate accepta din nou energie chimica revenind la starea de ATP. ATP-ul este veriga dintre doua mari lanturi de reactii enzimatice din celula primul ciclu cel al transformarii ADP in ATP si cel de-al doilea utilizeaza ATP-ul pentru a realiza biosinteza componentelor celulare din precursori simpli transformandu-l in ADP.

5

Dr. Sorin Gheorghe Bolog BIOCHIMIE curs II

Din aceste cicluri rezulta o alta axioma a materiei vii: Secventele de reactii enzimatice legate consecutiv ofera posibilitatea transferului de