Biochimie Lp

BIOCHIMIE MEDICALA-LP-DR. MIHAI G. MAN

LP 1

NOTIUNI DESPRE PH

Contextul istoric al aparitiei pH-ului

P.L. Sørensen s-a nascut in Havrevjerg, Danemarca,fiind fiul unui fermier.

Isi incepe studiile universitare la Universitatea din Copenhaga, la sectia de medicina, mutandu-se apoi la chimie.A absolvit Universitatea din Copenhaga in 1881 si pentru urmatori zece ani a lucrat la sinteze anorganice sub indrumarea profesorului S.M. Jorgensen (1837-1914) la Universitatea tehnica din Copenhaga.

Søren Peter Lauritz Sørensen a fost castorit cu Anna Louise Willumsen pe 18 noiembrie 1892 si au avut patru copii: I nge Sørensen , Viggo Sørensen, Arthur Sørensen, Annelise Sørensen.

In timp ce la Laboratoarele Carlsberg, Sørensen a inceput sa studieze aminoacizii ,proteinele si enzimele.Ultimul stadiu al cercetarilor sale este caracterizat de patru domenii:(1) metoda electromagnetica a determinarii concentratiei ionului hydrogen,(2) prepararea pH-ului solutiilor tampon,(3) metoda calorimetrica de masurare a pH-ului,(4) aplicatii ale acestor proceduri pentru studierea enzimelor si proteinelor.Rezulatetele in aceste domenii au fost concretizate in aminoacizi si proteine. Realizarile sale briliante au fost publicate in 17 rapoarte ale laboratorului.Cateva dintre acesteau au devenit o munca clasica in adevaratul sens al cuvantului si au servit pentru continuarea materialelor in multe scrieri.Este mentionat ca el a studiat coagularea proteinelor si a reusit cristalizarea proteinei- ou albumina printr-un precipitat de sulfat de amoniu.(1936).Laboratotul Carlsberg a devenit recunoscut ca unul din cele mai productive centre de studiere in domeniul biochimiei ,atragand multi chimisti din toata lumea. Sørensen a devenit un lider in aplicarea termodinamicii in chimie si in munca sa el a fost asistat de a doua sa sotie . Margrethe Høyrup Sørensen.

Deoarece concentratia ionului de hydrogen a jucat rolul cheie in reactiile enzimatice , Sorensen a gasit o modalitate de a o exprima.Luand logarithm negative din concentratia ionului de hydrogen putem stabili o scala convenabila .Acesta este o bine cunoscuta valoare a pH-ului.Valorile numerice ce se bazeaza pe acest capitol ,acum folosite universal, ne dau indicatii despre aciditatea solutiilor.El de asemenea a dezvoltat solutiile tampon pentru a mentine constant pH-ul solutiilor.

In 1880 Svante Arrhenius constata k acizii sunt substante care cedeaza ionul de hydrogen in solutie.El de asemenea a punctat ca legea actiunii maselor putea fi aplicata in reactiile ionice.Aceasta idée a fost continuata de Wilhelm

1

http://www.havrebjerg.dk/Havrebjerg2.web/per00148.htm#0









Ostwald,care a calculat constanta de disociere a multor acizi slabi (Ka). Ostwald de asemenea a aratat ca valoarea constantei este masura a tariei aciditatii. . In 1904, H. Friedenthal a folosit concentratia ionului hidrogent pentru a caracteriza solutiile.El de assemenea a adaugat ca solutiile alkaline ar putea de asemenea fi caracterizate in acest fel .Multi considera ca aceasta este adevarata introducere in scala pH-ului.

Contextul introducerii pH-ului a fost incet schimbat de la vechiul test de schimbare a culorii pentru a indica gradul de aciditate sau bazicitate la metodele electrice.Recent ,curentul generat intr-o celula elecro-chimica de ionii care migrau spre electr nii incarcati opus a fost masurat folosind un galvanometru de o inalta sensibilitate.Inainte ca Sørensen

Sa dezvolte scala pH-ului nu era nici pe departe acceptata expresia concentratiei ionului de hydrogen. Scala sa a indepartat penibila putere negativa pentru concentratia ionilor de hydrogen care randuia dupa ordinea magnitudinala:de la aproximativ 12 M pana la ~10-15 M.In loc de asta Sørensen a sugerat ca puterea poate fi reprezentata pe o scala a pH-ului in care 7 este neutru si 1, 14 sunt extremele de aciditate si alcalinitate.

pH-ul introdus in stiinta

Scala pH-ului a fost repede acceptata de comunitatea cercetatorilor biochimisti .In mare parte datorita chimistului german Leonor Michaelis (1875-1949), care a publicat o carte in 1914 despre concentratia ionica a hidrogenului. Folosirea pH-ului devine si mai raspandita in 1935 ,cand Arnold Beckman dezvolta si vinde un pH-metru simplu portabil.

Literele pH sunt abrevierea pentru” pondus hydrogeni”( tradus potential hidrogenic) insemnand ca putarea hidrogenului ca aciditate este cauzata de predominanta ionilor de hidrogen(H+). Dr. Sørensen este descoperitorul conceptului modern de pH.

In scrierile originale ale lui Sorensen ,pH este scris PH. In accord cu Dictionarul limbii engleze moderne Oxford ,notatia moderna “pH” a fost prima data adoptata in 1920 de W.M.Clark din motive tipografice.

Definitia pH-ului foloseste concentratia ionilor de hydrogen.

Scala pH-ului este o masura a tariei aciditatii si bazicitatii.Este definite pe o scara logaritmica folosind concentratia molara a ionului hidroniu in solutie.

2

http://www.geocities.com/bioelectrochemistry/beckman.htm


pH este definit: pH = - log( [H3O+] )

Apa pura se auto ionizeaza pentru a produce concentratii egale de hidroniu si ioni hidroxid.

2 H2O <=> H3O+ + OH-

Acestui echilibru I se supune legea actiunii masei in forma: Kw = [H3O+] [OH-] = 1.0×10-14 (at 25 0C).Aceasta forma moderna de ecuatie pentru auto ionizarea apei recunoaste ca protonii nu exista in solutie dar in schimb sunt legati de un electron liber in apa :

H+ + H2O => H3O+.Termenul demodat de ion de hydrogen si concentratia sa au fost inlocuite de “ion hidroniu” si [H3O+] dar noi continuam sa folosim pH(si nu pH3O).De cand concentratia ionului hidroniu si a ionilui hidroxid sunt egale in apa pura rezulta ca [H3O+] = [OH-] = 1.0 10-7.pH-ul apei pure este pH = - log(1.0×10-7) = 7.00. In solutiile aicde diluate concentratia ionului hidroniu este mai mare.De aceea o treapta mai mica (mai mare) de pe scara pH-ului reprezinta de 10 ori mai mult(putin) in concentratia ionului hidroniu.

Intr-un mod similar pH-ului , concentratia ionului hidroxid este de asemenea exprimata pe o scala logaritmica a puterii negative : pOH = - log([OH-] ).In plus de cand echilibrul autoionizarii apei este : [H3O+] to [OH-], Ph-ul si pOH-ul sunt : [H3O+] [OH-] = 1.0×10-14, deci -log([H3O+]) - log([OH-]]) = -14.00 or pH + pOH = 14.00. Deoarece logaritmul negativ al [H+] este folosit in scala pH-ului ,aceasta ara de obicei valori pozitive.Mai mult chiar cu cat pH-ul este mai mare, cu atat [H+] este mai mica.Deorece rareori spunem ca pH-ul este egal cu 0,de aceea consideram pH=0,ca o expresie ciudata.

Definitia experimentala.IUPAC a girat o scala a pH-ului ce foloseste masuri electro chimice.Scala pH-ului IUPAC este putin diferita de definitia teoretica .

Sorensen s-a retras din functia de director al sectiei de chimie al Laboratoarelor Carlsberg in 1938. Profesorul, inzestrat cu un rar talent de chimist si cu o mare speranta pentru progresul, bunastare umana si pacea a decedat la 12 februarie 1939 in Charlottenlund, Denmark.

Notiunea de pH a fost introdusa de Sorensen in anul 1909 sub denumirea de exponent de hidrogen si a devenit familiara tuturor specialistilor

3


chimisti si biochimisti, semnificatia ei ramanand insa si in prezent un subiect controversat.

Datorita unor inconveniente de ordin experimental al metodelor de determinare al pH-ului, s-a cazut de acord ca notiunea de pH sa fie definita pur experimental, in functie de metoda de masurare.

Diversitatea metodelor de determinare a pH-ului si alegerea, dintre acestea, a celei mai adecvate, in functie de domeniul de lucru si de scopul urmarit, pun de asemenea la incercare pe experimentator si pe chimist.

In multe procese de productie se folosesc solutii de apa din diferite substante care au o reactie neutra, acida sau alcalina. Gradul de aciditate sau alcalinitate a acestor solutii se caracterizeaza prin marimea curentului numit indicator de concentratie activa a ionilor de hidrogen, notat pH.

Gradul de aciditate sau alcalinitate reprezinta unul dintre indicii cei mai importanti ai solutiilor ce intervin in procesele de fabricatie cu caracter chimic, masura sa fiind data de concentratia ionilor de hidrogen.

Prin definitie, potentialul de hidrogen este

pH= -log CH+

unde CH+ este activitatea ionilor de hidrogen,

CH+= H+ fH

H+ fiind concentratia ionilor de hidrogen exprimata in moli/litru, iar fH este coeficientul lor de activitate.

Pentru apa pura, la temperatura de 25°C, pH= 7. Gama uzuala de valori pentru pH este 1…14, valorile 1…7 corespund solutiilor acide, iar valorile 7…14 corespund solutiilor bazice.

Valoarea pH-ului este utilizata, in general, pentru a indica proprietatile acide sau bazice ale unor medii lichide.

La concentratii mari a ionilor de hidrogen solutia are proprietatile acidului, iar la concentratii mici solutia are proprietati alcaline. La variatia concentratiei ionilor de hidrogen de la proprietati minimale la proprietati maximale, solutia se schimba de la un caracter puternic alcalin pana la un caracter puternic acid.

Pentru notarea marimi concentratiei marimilor de hidrogen care caracterizeaza proprietatile solutiilor exista o scala speciala si anume scala pH.

4


Fiecare numar al acestei scale se determina din numarul ionilor de hidrogen continuti in solutie, cifrele scalei sunt logaritm zecimal negativ a concentratiei ionilor activi de hidrogen.

Punctul central al scalei este pH=7, acest numar corespunde reactiei neutre si proprietatilor neutre ale solutiei. In practica pH=7 este apa chimic pura.

Punctele scalei cu valori mai mari de 7 corespund solutiei care are proprietati alcaline, iar cele mai mici de 7 corespund solutieiilor cu caracter acid.

Cresterea pH-ului intr-o solutie, corespunde micsorari concentratie ionilor de didrogen in ea, intrucat la variatia pH-ului cu o unitate ionii de hidrogen se schimba de 10 ori, cu doua unitati de 100 de ori, etc.

In solutiile care se intalnesc in practica pH-ul de obicei nu este sub 2 si peste 10. Dar exista acizi concentrati, la care pH-ul poate scadea pana la -2, iar la solutiile alcaline concentrare , pH-ul poate fi mai mare de 15.

Pentru a intelege caracteristica statica a unui proces de neutralizare este necesar sa se cunoasca unele aspecte esentiale privind ionizarea solutiilor acide si bazice.

In apa pura are loc reactia de transfer de proton, realizandu-se echilibru:

H2O+ H2O ¬® H3O++OH-

constanta de aciditate a apei fiind:

K=(CH2O+. COH-)/ CH2O

Concentratia apei CH2O este practic constanta ( 55.5 molii/l la

25 C ), astfel incat aceasta poate fi inclusa in constanta de aciditate, deoarece echilibrul este mult deplasat spre stanga, gradul de ionizare fiind foarte mic.

Deci: Kw» CH3O+. COH- º CH+. COH-[moli/l]

unde , din motive de simplitate, pentru ionul de hidroniul H3O+ s-a utilizat notatia H+.

Constanta Kw, numita produs ionic al apei, variaza cu temperatura:

5


TEMP 0°C 10°C 20°C 25°C 30°C 50°C1014Kw 0.113 0.292 0.681 1.008 1.47 5.47

rezulta: CH+= COH-=ÖKw

In orice solutie apoasa exista concomitent atat ioni H+, cat si ioni OH-.

Concentratiile ionilor H+ si OH- pot fi variate prin modificarea concentratiei electrolitului, in limitele solubilitati, dar produsul ionic CH+. COH

- este intodeauna constant si anume egal cu produsul ionic al apei la temperatura respectiva.

Acizi tari pot fi considerati izolati complet in solutiile diluate.

Concentratia ionilor H+ in solutiile apoase se exprima logaritmic:

pH=-log CH+=log(1/ CH+).

Prin logaritmare expresia devine:

-log CH+-log COH-=-logKw

Daca se noteaza pOH=-log COH- si se tine seama ca la 25°C, Kw»10-

14,avem:

pH+pOH=14; pOH=14-pHO

O solutie apoasa este neutra atunci cind concentratiile ionilor de hidroniu si ionilor de hidroxil sunt egale,astfel incat,rezulta:

CH+= COH-=10-7 moli/l.

Solutiile apoase cu pH<7 sunt acide, iar cele cu pH>7 sunt

bazice.

Ionizarea unui acid are loc conform ecuatiei:

HA+ H2O ¬® H3O++A- .

6


Daca se amesteca o solutie acida cu una bazica pH-ul rezultat va

fi determinat de agentul care se gaseste in exces, valoarea acestuia putind fi calculata prin rezolvarea in raport cu pH a ecuatiei obtinute din diferenta XA-XB a relatiilor:

XA =10-pH(1+CA- /Ka);

XB=110-pH(1+ CB+ /Kb) .

Se observa ca neutralitatea, adica XA-XB=0, are loc la pH=7 numai daca CA

- /Ka = CB+ /KAb.

Indicatorii universali

l Se stie ca o solutie acida sau bazica se poate recunoaste cu ajutorul indicatorilor,substante care isi schimba culoarea,dupa valoarea ph-ului solutiei cu care vin in contact.In afara de indicatorii obisnuiti care se folosesc individual,in functie de domenuil ph-ului urmarit in industrie se mai folosesc solutii sau hartii indicatoare de ph universale.Indicatorii universali sunt amestecuri de doi sau mai multi indicatori,care capata nuante diferite in functie de ph,fiecare dintre indicatori virand in domeniul sau (schimbarea culorii se afla in stransa legatura cu acceptarea sau cedarea de protoni)

Hartia indicatoare

l O metoda mai putin precisa,dar la indemana tuturor,este determinarea cu ajutorul hartiilor indicatoare.Acestea sunt niste fasii de hartie de filtru imbibate cu un indicator oarecare,o substanta care la o anumita valoare de pH este capabila sa-si schimbe culoarea.

l Cand un chimist vrea sa neutralizeze un acid adauga turnesol,solutia capata culoarea rosie(devine baza)iar mai apoi culoarea se va transforma in violet(solutia devine neutra)

l Hartia indicatoare este folosita si in laboratoare pentru a determina acizii si bazele.Acizii transforma hartia albastra in rosu iar bazele pe cea rosie in albastru(solutiile neutre nu isi schimba culoarea).Vopseaua care

7


coloreaza aceste hartii se numeste “litmus”si provine de la plantele numite licheni.(traiesc in abundenta in Olanda)

Solutii tampon

Pentru a se face acordul intre electrozi si pH-metru este necesara o calibrare. In acest scop trebuie folosita o solutie cu un pH cunoscut exact. Astfel de solutii se numesc solutii tampon.Reactivii folositi la prepararea solutiilor tampon trebuie sa fie foarte pure si stabile, valorile pH-ului sa fie bine stabile, iar potentialul jonctiunii lichide trebuie sa fie de acelasi ordin de marime cu cel al solutiei de determinat.

Jonctiune*=legatura,locul unde se realizeaza legatura(zona de contact intre doua regiuni cu mecanisme diferite)

PH-metrul

l Un pH-metru masoara diferenta de potential intre doi electrozi (in mV) si apoi converteste in unitati de pH.

l Pentru a obtine o masurare corecta, semnalul de intrare al amplificatorului si circuitul convertorului trebuie sa indeplineasca anumite cerinte. Principiul constructiv al unui pH-metru este redat in urmatoarea schema.

l Folosirea electrozilor indicatori cu membrană selectivă, a căror rezistenţă electrică este foarte mare, a impus folosirea unor potenţiometre electronice, foarte sensibile la variaţii mici de potenţial. Potenţiometrele electronice permit măsurarea potenţialului electrodului indicator în proba de analizat sau măsurarea concentraţiei unei anumite specii ionice faţă de care electrodul indicator este reversibil.

8


METODE DE MASURARE A pH-ULUI

Metodele electrometrice de masurare a pH-ului se bazeaza pe diferenta de potential care apare intre un electrod metalic cufundat intr-o solutie care contine ionii sai si solutia respectiva, diferenta de potential, care depinde de concentratia acestor ioni si temperatura.

La suprafata de contact dintre electrodul metalic si solutia care contine ionii acelui metal (sau intre doua solutii de concentratii ionice diferite,dintre care una este cunoscuta iar cealalta necunoscuta, separate printr-un perete semipermeabil) apare diferenta de potential care este dependenta de activitatea ionica, respectiv de concentratia solutiei necunoscute.prin masurarea diferentei de potential se poate determina deci, concentratia solutiei necunoscute in conformitate cu relatia lui Nernst:

E=E0+[(RT)/nF]ln a.

unde E este diferenta de potential, E0 este potentialul de lectrodmarime specifica pentu metalul respectiv, R-constanta gazelor perfecte (8310J/grd.mol), F-constanta lui Faraday (96.500C/mol) si a-concentratia activa a ionilor in solutie.

Daca in relatia anterioara se inlocuiesc valorile numerice, se gaseste ca:

E= E0+(60mV)(T/300)lg a.

unde T este dat de Kelvini.

Pentru a putea masura potentialul unui electrod fara solutie este necesara utilizarea a inca unui electrod, care sa faca “contactul” la electrolit, denumit electrod de referinta al carui potential fata de solutie trebuie sa fie independent de concentratia ionilor de hidrogen din solutie. Se formeaza in acest fel un “element galvanic”.(fig.3.1) s carui schema echivalentaeste data in fig.3.2. Tensiunea T are valori tipice de zeci de milivolti, iar rezistenta interna r atinge pentru realizarile curente valori mari, cuprinse in gama 1…10 l

Primul electrod, al carui potential depinde de concentratia ionilor de hidrogen, se numeste electrod de masurare.

Electrodul primar, pentru aproximativ toate masurarile de pH, este electrodul de hidrogen. Datorita unor serii de inconveniente de ordin experimental, electrodul de hidrogen este inlocuit in masurarile curente de pH cu alti electrozi indiocatori ai activitatii ionilor de hidrogen: electrodul de sticla, electrodul de chinhidron, elctrodul de antimoniu. Dintre toate acestea, cel mai utilizat este electrodul de sticla.

9


Dupa cum s-a precizat, electrodul de masurare si electrodul de referinta cufundati in solutie constitue o pila electrochimica de rezistenta interna care poate ajunge la valori de 10 la 12W. Pentru masurarea tensiuni electromotoare este necesar ca impedanta de intrare a milivoltmetrului sa fie de ordinul 10 la14W. Un etaj de intrare cu tranzistori cu efect de cimp cu strat de oxid poate asigura in conditi bune o impedanta de intrare de 10 la 14W.

Rezultate bune se obtin cu amplificatoare cu modulatoare cu diode varicap sau cu condensator vibrant.

Schema simplificata a unui pH-metru este este prezentata in figura 3.3.

Se remarca insa faptul ca o parte din tensiunea de iesire este introdusa la intrare prin grupul de rezistente R1-R3,P1,P2 .

Se realizeaza astfel o reactie negativa globala care conduce la stabilizarea parametrilor amplificatorului.

Acelasi circuit este folosit si pentru corectarea variatiei cu temperatura a tensiuni electromotoare care apare intre electrozii de masurare. Compensarea se poate realiza automat prin introducerea in circuit a rezistentei de platina Rt, sau manual, cu ajutorul potentiometrului gradat P2. In cel de-al doilea caz, in vasul de masurare trebuie introdus un termometru.

Sursa de tensiune reglabila Ec introdusa in serie cu electrodul de referinta este folosit pentru compensarea potentialului de asimetrie.

Aparatele de masurare a pH-ului au deobicei si posibilitatea de masurare a tensiunilor electromotoare pe o scara gradata direct in mV.

Aceasta usureaza mult verificarea circuitelor electronice, intrucat permite separarea eventualelor defecte ale lantului de masurare.

Amplificatoarele folosite in pH-metre sunt prevazute, de obicei, cu eteje de intrare cu tranzistoare cu efect de cimp. Pentru evitarea distrugri acestora trebuie inlaturata posibilitatea aplicarii unor senmnale de control cu amplitudine mare.

In legatura cu acest pericol trebuie amintit faptul ca intre grila si sursa pot apara diferente de potential periculoase chiar in lipsa semnalului aplicat prin aplicarea sarcinilor electrostatice.Pentru evitarea acestui defect, la intrarea amplificatorului, se conecteaza elemente de protectie.

10


Metoda curenta de masurare a pH-ului este metoda bazata pe definitia operationala:

pHx=pHs+[(ex-es)F]/(RT ln 10).

in care es si ex sunt tensiuni electromotoare ale unei celule electrochimice de forma:

in care a fost introdusa mi intai solutia standardului S cu pH cunoscut(pHs), si apoi solutia de analizat X cu pH necunoscut (pHx).

ELECTROD INDICATOR AL ACTIVITATII IONILOR DE HIDROGEN: ELECTRODUL DE STICLA

Electrodul de sticla face parte din clasa electrozilor cu membrana, utilizarea sa in masurarile de pH bazanduse pe faptul ca potentialul care apare la interfata solutie-membrana de sticla este functie de activitatea ionilor de hidrogen din solutie.

Rezistenta electrica interioara foarte mare a acestui electrod constitue unul din dezavantajele majore in comparatie cu ceilalti electrozi indicatori, motiv pentru care este necesar efectuarea masurilor cu aparate electronice.

Gama de pH pentru elecrodul de sticla este cuprinsa intre 1…11

In mediile puternic acide si puternic bazice electrozi de sticla dau indicatii eronate asupra pH-ului.

Masurarea se efectueaza prin etalonarea pH-metrului cu solutii tampon standard (minim 2 solutii), reglandu-se aparatul astfel incat acul indicator sa arate pentru fiecare solutie valoarea pH cunoscuta.

In comparatie cu ceilalti electrozi indicatori, electrozi de sticla prezinta urmatoarele avantaje: atingerea imediata a echilibrului; nu necesita introducerea in solutia de analizat a vreunei substante comune;

se pot face masurari de pH in solutii intens colorate; nu se deterioreaza repede.

11


Pe langa avantajele mentionate, electrozi de sticla prezinta si o serie de dezavantaje: fragilitatea membranei de sticla; in solutii bazice ,

puternic acide si cu tarie ionica mare, necesita corectii ale erorilor; in solutii apoasae se obtin rezultate eronate care, de asemenea, trebuiesc corectate.

ELECTRODUL DE REFERINTA

In determinarile de pH, potentialul electrodului care indica

activitatea ionilor de hidrogen se masoara in raport cu potentialul constant al unui electrod de referinta.

Electrozi de referinta sunt formati dintr-un metal in contact cu o sare a sa greu solubila si cu solutia saturata a acestei sari.

O proprietate deosebit de utila a electrozilor de referinta este mica lor tendinta de polarizare, ceea ce face ca potentialul sa fie foarte stabili si reproductibili.

Electrodul de calomel, este format din mercur si calomel si este reversibil in raport cu ionii de clor, si este electrodul de referinta cel mai utilizat in masurarile de pH.

12


pH-ul si viata sanatoasa

Toate procesele vitale din organism se desfaşoară la valori exacte ale pH-ului. Caracterul acid sau bazic al unei solutii poate fi pus in evidenţa folosind indicatori acido-bazici numiţi si indicatori de pH. Un indicator de pH este o substanţă care are o anumita culoare când se găseşte in forma sa de acid, şi o altă culoare , diferită, când se găseşte in formă de bază conjugată.

In organismul animal precum şi în organismul omului, multe dintre reacţiile chimice sunt extrem de sensibile la pH-ul mediului de reacţie. Pentru menţinerea constantă a pH-ului in mediul intern, organismul uman foloseşte ca mecanisme funcţionale:

· Neutralizarea acizilor şi a bazelor de către soluţii tampon

· Eliminarea renală a excesului de acizi

· Eliminarea functională a dioxidului de carbon, cel mai frecvent produs de metabolism.

Sângele uman are pH-ul cuprins între 7,38-7,52. Prin urmare el este uşor bazic şi numai in aceste condiţii celulele sângelui işi pot indeplini funcţiile lor.

Dacǎ valoarea pH-ului sângelui nu se incadreazǎ în intervalul amintit existǎ riscul morţii:

· Prin comǎ, dacǎ pH-ul este mai mic de 7;

13


· Prin tetanizare, dacǎ pH-ul este mai mare de 7,8 (tetanie contracţii puternice involuntare ale muşchilor).

Rinichiul este un organ cu rol foarte important în reglarea pH-ului. pH-ul urinei are valori normale intre 4,5-8. Aceastǎ „plajǎ” relativ largǎ a valorii pH-ului depinde de modul în care rinichiul eliminǎ excesul de aciditate sau bazicitate din sânge (valoarea normalǎ a pH-ului urinei este de 6,2). pH-ul urinei variazǎ în funcţie de alimentaţie; este acid, în cazul alimentaţiei bogate în carne, şi bazic, în cazul unui regim vegetarian.

Stomacul este un organ care prezinta secreţii foarte acide (pH~1) valoarea aceasta scazutǎ a pH-ului fiind legatǎ de funcţiile sale digestive.În timpul digestiei, alimentele sunt prelucrate şi cu ajutorul bilei şi a sucului pancreatic (pH≈1) .Arsurile pe care le simţim uneori în stomac se datoresc creşterii aciditǎţii.

Hiperaciditatea este o tulburare funcţionalǎ care se manifestǎ prin creşterea excesivǎ a cantitǎţii de acid clorhidric din secreţia gastricǎ, tulburare întâlnitǎ în cazul gastritei şi a ulcerului duodenal.

Hipoaciditatea este o tulburare organicǎ datoratǎ scǎderii secreţiei sucului gastric sub valorile normale şi cauzatǎ de unele boli de stomac.

Uneori pentru a elimina excesul de aciditate unele persoane consumǎ „bicarbonat de sodiu” (carbonat acid de sodiu).

Gastritele acute sunt boli inflamatorii ale mucoasei gastrice cauzele lor fiind ingestia de alcool, băuturi concentrate, substanţe toxice ca amoniacul, mercurul, acidul sulfuric, sodă caustică, medicamente.

Pǎrul şi pielea sunt şi ele pǎrţi ale organismului şi se pare cǎ ar trebuii sǎ folosim produse cosmetice cu pH aproximativ 5,5 deci slab acid pentru a neutraliza alcalinitatea introdusǎ de apǎ sau detergenţi. Firul de pǎr este format din catene lungi de aminoacizi iar între aceste catene apar legǎturi, formându-se un polimer, o moleculǎ uriasǎ formatǎ din foarte mulţi aminoacizi care se repetǎ unul dupǎ altul. Aminoacizii sunt substanţe organice, reprezentând unitaţile structurale de bazǎ ale proteinelor.

Între lanţurile de aminoacizi pot apǎrea legǎturi de hidrogen, de sulf, sau punţi saline (de tip ionic).Când ne spǎlǎm pe cap, punţile de hidrogen se rup, ele se vor reforma in alte poziţii asigurând trainicia pǎrului nostru.

Dacǎ şamponul folosit este foarte acid (pH=1-2) punţile de hidrogen şi cele saline nu se mai formeazǎ, pǎrul devine fragil si fǎrǎ strǎlucire. Dacǎ pH-ul este unul bazic (8,5) dǎuneazǎ de asemenea pǎrului.

14


Naturasoluţiei

Suc de lǎmâie

Oţet

Must

Lapte

Bere

Salivǎ

Apa mǎrii

Apǎ de spǎlare

Valoare pH

2 3 4 6,5 5 7 8,5 9

Pentru cǎ majoritatea tinerilor consumǎ mari cantitǎţi de alcool (bere sau bǎuturi distilate) precum şi tutun, toate acestea asociate cu o hranǎ necorespunzǎtoare cum ar fi: nu existǎ un program de masǎ, se consumǎ alimente gen fast food, foarte multe prajeli au drept efect deteriorarea mucoasei stomacale astfel încât, sucul gastric, care s-a vǎzut mai sus este foarte acid, ajunge la peretele stomacului începând erodarea acestuia.

Dupǎ câţiva ani cei care nu renunţǎ la asemenea obiceiuri încep prin a avea la început gastrite iar apoi alte boli mai grave la nivelul stomacului sau a intestinelor

Majoritatea proceselor metabolice din organism genereazǎ direct sau

indirect cantitǎţi apreciabile de ioni H, ceea ce face ca ele sǎ fie considerate - în

ansamblu - drept procese producǎtoare de acizi. Dintre acestea fac parte, în primul rând, cǎile catabolice fundamentale ale principiilor imediate (glucide, lipide, proteine). Astfel:

a) Glicoliza, calea iniţialǎ de degradare a glucozei din metabolismul glucidic, conduce la formarea de acid piruvic sau de acid lactic. Fiecare moleculǎ de glucozǎ (cu 6C) conduce la câte douǎ molecule de acid piruvic sau lactic şi fiecare din aceşti acizi elibereaza prin disocierea carboxilului lor ioni de hidrogen.

b) În metabolismul lipidelor, degradarea trigliceridelor are ca rezultat - încǎ de la prima etapǎ de desfacere hidroliticǎ a acestora - eliberarea acizilor graşi constitutivi. Ulterior, degradarea oxidativǎ a acizilor graşi duce la formarea corpilor cetonici ( acidul - hidroxibutiric şi acidul acetoacetic) precum şi la cantitaţi apreciabile de bioxid de carbon care - ca şi în cazul precedent - genereazǎ ioni H+ din acidul carbonic corespunzǎtor.

c) În cazul metabolismului proteic, formarea ureei - ultimul catabolit al proteinelor din organismul uman - este un proces generator de acizi. De asemenea, degradarea oxidativa a aminoacizilor, proveniţi din proteine, este şi ea generatoare de acizi. Spre exemplu, din degradarea oxidativǎ a metioninei se elibereazǎ - în final -cantitǎţi aprecibile de protoni. . Hrana datoritǎ unor componenţi alimentari, reprezintǎ şi ea o sursǎ de ioni H+ în organism. Spre

15


exemplu, fosforul din alimente - în urma degradǎrilor hidrolitice şi oxidative din

organism - este transformat în acid fosforic ( sau anionul H 2 PO 4 care

disociazǎ ca acid). Astfel, prin oxidarea completǎ a fosfolipidului complex numit lecitinǎ rezultǎ cantitǎţi mari de protoni. Deşi obţinerea de baze în organism are loc în mai micǎ masurǎ, produsul final de oxidare în majoritatea degradǎrilor este

baza anionica, HCO 3, care se formeazǎ în cantitǎţi apreciabile. Pe de altǎ

parte, majoritatea alimentelor vegetale din hranǎ sunt considerate surse alcalinizante, tocmai pentru cǎ în urma degradǎrilor genereaza baze anionice de felul bicarbonatului ţinând seama de cele menţionate aici, se întelege cǎ organismul este confruntat, în permanenţǎ, cu numeroase tendinţe acidifiante şi alcalinizante care-i ameninţǎ pǎstrarea constantǎ a pH-lui mediului intern. Împotriva acestor tendinţe organismul "se aparǎ" prin utilizarea sistemelor tampon şi prin alte mecanisme fiziologice. Parametrul mediului intern numit

pH (reprezinta logaritmul cu semn schimbat al concentraţiei H)

este unul dintre parametrii biologici a cǎrui valoare normalǎ, pentru organismul uman, este cuprinsǎ între limite foarte apropiate: 7,35-7,42.

Variaţia foarte restrânsa a valorii normale a pH-lui, în comparaţie cu variaţia valorii altor parametrii ai homeostazei mediului intern, rezultǎ din faptul cǎ majoritatea enzimelor ce controleazǎ metabolismul celular au un pH optim de acţiune, cu limite foarte apropiate şi dependent de valorile lui extracelulare. Din acest motiv menţinerea pH-ului mediului intern este o condiţie obligatorie pentru desfǎşurarea activitǎţii metabolice a organismului. Pentru îndeplinirea acestei condiţii, echilibrul acido-bazic prezintǎ mecanisme complete şi rapide, legate de desfǎşurarea funcţiilor vitale ale organismului.

Tendinţele de variaţie, în sensul creşterii sau scǎderii pH-ului în diferite condiţii de activitate a organismului, sunt controlate prin intermediul sistemului tampon ale sângelui si prin intermediul activitǎţii diferitelor organe (în special rinichiul si plǎmânul). Sistemul tampon este format fie dintr-un acid slab şi sarea sa cu o bazǎ tare, fie dintr-o bazǎ slabǎ şi sarea sa cu un acid puternic. Deoarece tendinţa de creştere a aciditǎţii (scǎderea pH-ului) este preponderentǎ în organismul uman, sistemele tampon antiacide sunt bine reprezentate. Unele sisteme tampon din organism sunt constituite numai din substanţe anorganice iar altele din substanţe organice (mai mult sau mai puţin complexe). În ordinea complexitaţii lor crescânde, principalele sisteme tampon din organism sunt:

1) sistemul tampon acid carbonic-bicarbonat,

2) sistemul tampon al fosfaţilor,

3) sistemul tampon al unor acizi organici şi

4) sistemul tampon al hemoglobinei.

16


1) Dintre sistemele tampon din organism cel mai important şi mai rapid controlat

este sistemul bicarbonat/acid carbonic ( HCO 3/CO 2 ). Importanţa sa deosebitǎ

rezultǎ din faptul cǎ, pe de o parte, CO 2 este produs continuu de cǎtre metabolismul celular, iar pe de altǎ parte, acesta formeazǎ cu apa, în prezenţa

anhidrazei carbonice, acidul carbonic (H 2 CO 3 ) care disociaza uşor HCO 3 şi H

. Acest sistem cuprinde exces de componenţǎ bazicǎ (bicarbonat). Într-adevǎr,

concentraţia bicarbonatului de sodiu din sânge este de 20 de ori mai mare decât cea a acidului carbonic. Datoritǎ acestui fapt, sistemul tamponeazǎ eficient acizii realizând pǎstrarea constantǎ a pH-ului mediului intern (sângelui). Un alt aspect care conferǎ sistemului tampon bicarbonat/acid carbonic o importanţǎ functionalǎ deosebitǎ este posibilitatea de reglare foarte rapidǎ a concentraţiei lui sanguine datoritǎ controlului respiraţiei, care se realizeazǎ prin valoarea presiunii lui parţiale din sângele arterial, prin intermediul chemoreceptorilor periferici din sinusul carotidian şi ai celor centrali din sistemul nervos. Astfel, o creştere a

presiunii partiale a CO 2 şi, implicit, a concentraţiei sangiune a H (acidoza) va

determina creşterea frecvenţei respiratorii şi eliminarea excesului de CO 2 . În

condiţiile scǎderii presiunii parţiale a CO 2 (alcaloza) frecvenţa respiratorie scade. Din mecanismele prezentate rezultǎ cǎ funcţia respiratorie are o importanţǎ deosebitǎ în menţinerea echilibrului acido-bazic al organismului.

2) Sistemul tampon al fosfaţilor se aflǎ atât în celule cât şi în spaţiul extracelular.

Eficienţa lui este mare; în special, în celule unde concentraţiile KH 2 PO 4 şi K 2

HPO 4 sunt de asemenea mari. În spaţiul extracelular componenţii sistemului

sunt fosfaţii de sodiu (NaH 2 PO 4 şi Na 2 HPO4

), corespunzǎtori celor de potasiu, intracelulari. Sistemul tampon al fosfaţilor din compartimentul extracelular este mai putin eficient decât cel constituit din acid carbonic şi bicarbonat. Trebuie reţinut însa cǎ în saliva ambele sisteme tampon (acid carbonic - bicarbonat de sodiu si fosfat monosodic - fosfat disodic) sunt deosebit de eficiente pentru menţinerea constantǎ a pH-ului salivar.

3) Sistemele tampon ale unor acizi organici sunt constituite, în special, din: acid lactic si lactat alcalin, acid piruvic si piruvat alcalin, acid acetoacetic şi o sare a sa alcalina..

4) Sistemul tampon al hemoglobinei. Hemoglobina îşi poate exercita acţiunea tampon în special, datoritǎ faptului cǎ cuprinde - în partea sa proteicǎ - multe resturi de histidina. Acesta este un aminoacid cu nucleu imidazolic care, având

capacitatea sǎ accepte şi sǎ cedeze H la un atom de azot din heterociclul sau,

poate funcţiona ca baza sau ca acid. Hemoglobina intrǎ în constituţia a doua sisteme tampon:

17


a)hemoglobina acida - hemoglo-binat de potasiu

b)oxihemoglobina - oxihemoglobinat de potasiu. Atât sistemul care cuprinde hemoglobina cât şi cel care cuprinde hemoglobina oxidatǎ (oxihemoglobina) reprezintǎ cele mai importante sisteme tampon cu componente proteice din sânge.

Dacǎ mecanismele respiratorii nu pot compensa perturbǎrile echilibrului acido-bazic, functia de excretie renalǎ reprezintǎ urmatorul mecanism de control al pH-ului mediului intern. Rinichiul intervine în acest proces atât prin reabsorbţia

şi sinteza bicarbonatului cât si prin secreţia H, sub forma acizilor nevolatili -

pentru fiecare mol de H eliminat prin urinǎ se reabsoarbe sau se sintetizeazǎ

un mol de HCO 3. Funcţia rinichiului în controlul echilibrului acido-bazic este mai

lentǎ şi depinde în special de valoarea pH-ului sanguin. Deci, rinichiul, în funcţie de valoarea pH-ului sanguin, elimina fie excesul de acizi, fie excesul de baze.

PH-ul in medicina

pH-ul urinei

Examenul urinei este o parte importanta din examenul general al oricarui pacient. Analiza urinei este o parte integranta a diagnosticului la bolnavii din toate disciplinele medicinei, fiind o sursa de informatii care poate fi obtinuta rapid si usor . Pentru un regim mixt obisnuit urina din 24 de ore are reactie usor acida . Aceasta este exprimata prin pH, valorile variind intre 5 si 7. In conditiile fiziologice, pH-ul urinar variaza in functie de alimentatie . Un regim alimentar bogat in proteine scade pH-ul urinar fiind cuprins intre 5,2 si 5,3 , in timp ce intr-un regim exclusiv vegetarian, urina este alcalina , cu pH cuprins intre 7,0 si 7,5. Valori scazute ale pH-ului urinar (urini acide ) se intalnesc in reumatismul poliarticular cronic, diabetul zaharat, insuficienta renala. Valori crescute ale pH-ului urinar (urini alcaline) observam in varsaturi abundente si in infectii ale cailor urinare.

18


pH-ul lichidului spermatic

Scopul examinarii lichidului spermatic este de a determina cauza sterilitatii masculine. Sperma normala are de obicei un pH alcalin (pH= 7,6 -8). Determinarea pH-ului este importanta deoarece in cazurile de trecere a pH-ului spre aciditate pana la 6 si sub aceasta cifra, se observa o necrospermie - spermatozoizii sunt prezenti, dar imobili (o mobilitate crescuta, cu un numar mare de spermatozoizi este proportionala cu fertilitatea).

pH-ul sangelui

Analizele sangelui ne dau informatii importante si diverse asupra starii de sanatate a unei persoane (uneori anormalitatile apar in sange cu ani inainte de a se manifesta ca boala). Lichidele organismului au in general o reactie usor alcalina, astfel pH-ul sanguin arterial variaza intre 7,39-7,44; in sangele venos (in repaus) este cu 0,02 mai scazut decat cel arterial, considerandu-se pH-ul normal pentru sange venos pana la 7,35; in hematie este mai scazut decat cel plasmatic cu 0,08-0,14. La persoanele in varsta pH-ul sanguin e mai apropiat de limita inferioara (sangele devine mai acid), iar la copii e mai crescut, ceea ce favorizeaza fenomenele de crestere. PH-ul e scazut dimineata, pentru ca excitabilitatea centrilor respiratori scade in cursul noptii si se acumuleaza dioxid de carbon. El scade deasemenea in efortul fizic, prin formarea unui exces de acid lactic, precum si in cursul digestiei

intestinale. Creste in timpul digestiei gastrice datorita pierderii de H+ prin sucul gastric. Devierile pH-ului in afara limitelor amintite produc tulburari grave si chiar moartea. Limita inferioara compatibila cu viata este 6,8 iar cea superioara 7,8. Echilibrul ionilor de H este agresionat in mod normal de aportul sau producerea de alcaline si acizi. Agresiunea alcalina consta in aportul de radicali bazici continuti in alimente (mai ales in legume, fructe) sau in urma reabsorbtiei unora dintre secretiile digestive alcaline. Agresiunea acida este mult mai importanta si provine din alimentatie (proteine,

glucide, lipide). Pana in prezent a fost descrisa o tripla sursa de H+: -arderea incompleta a unei parti de lipide si glucide (in mod normal ele sunt arse pana la H2O si CO2, ambele eliminandu-se); -oxidarea aminoacizilor sulfurati proveniti din catabolizarea proteinelor, care da

nastere la acid sulfuric transformat imediat in sulfati. Aceasta sursa de H+ sta la originea a 60-80% din acizii formati in organism; -oxidarea si hidroliza fosfoproteinelor care produc acid fosforic transformat apoi in fosfat.

19


Constanta pH-ului sanguin , conditie homeostatica deosebit de importanta pentru procesele biologice, este mentinuta de sistemele tampon din sange . La acestea se adauga mecanisme diferite, care adapteaza functiile organismului la necesitatea de a elimina substantele acide sau bazice.

Sistemele-tampon Prin sistem tampon se intelege existenta concomitenta in solutie a unui acid slab (putin disociabil) si a uneia dintre sarurile sale cu o baza tare ( puternic disociabila ) , ceea ce confera posibilitatea de a tampona un acid sau o baza puternica . Acidul puternic va reactiona cu cationul sarii sistemului tamponat luand nastere acidul slab care , disociind putin nu va modifica important pH-ul. O baza puternica va reactiona cu acidul slab formand sare si apa .

Mecanisme biologice de reglare a pH-ului Mecanismul respirator-intervine in echilibrului acido -bazic prin cresterea sau sacderea eliminarii de CO2 si H2 O. Mecanismul renal este cel care rezolva urmarile agresiunilor asupra balantei ionilor de H, deoarece sistemele -tampon corijeaza doar temporar dezechilibrele , iar mecnismul respirator nu poate face fata decat pana la un anumit nivel, ca mijloc de compensare. La mentinera echilibrului acido-bazic contribuie si alte organe. Ficatul neutralizeaza ionii si transforma acidul lactic in glicogen.. Pielea elimina acizi (uric ,lactic ,etc.) , rol mai evident in transpiratia abundenta . Tractul digestiv influenteaza echilibrul acido- bazic in functie de reactia secretiilor . In decursul digestiei gastrice se pierde acid sub forma de HCl, prin care se reduce aciditatea plasmei , iar in digestia intestinala prin secretia intestinala si pancreatica (cu un pH=8), pentru ca se pierd echivalenti alcalini sub forma de bicarbonat,se produce o scadere a pH-ului. Dezechilibre acido-bazice Acidoza : apare prin cresterea cantitatii de acizi (care poate fi metabolica sau respiratorie ) sau spolierea de baze, mecanisme care duc la scaderea pH-ului sub 7,35. Alcoza: apare prin scaderea cantitatii de acizi sau acumularea de baze (care poate fi de asemenea metabolica sau respiratorie ), ceea ce duce la cresterea pH-ului peste 7,40.

20


Actiunea ph-ului in Organismul Uman

Respiratia Cresterea concentratiei ionilor de hidrogen din sange accelereaza

respiratia. Efectul se realizeaza prin chemoreceptorii vasculari, care sunt sensibili la

variatiile concentratiei ionior de H din sange. Scaderea pH-ului sanguin duce la intensificarea respiratiei. Cresterea pH-ului inhiba functia respiratorie. In timpul efortului fizic se acumuleaza in sange o cantitate insemnata de

cataboliti acizi(acid lactic, acid glumatic ect). Saliva

Saliva mixta contine 99.3% apa si 0.7% reziduu uscat, format din 0.2% substante anorganice si 0.5% substante organice.

Substantele organice sunt reprezentate prin mucina, globuina si fermenti. Substantele anorganice sunt reprezentate prin saruri de K, Na, Ca, Mg

sub forma de bicarbonati si sulfati, tinuti in solutie prin reactia usor acida a salivei- pH 6.7-7.0

Digestia gastrica

Actiunea chimica a stomacului asupra alimenteor se datoreaza prezentei sucului gastric, un lichid incolor, limpede, cu o reactie puternic acida pH 1-1.5

Sucul gastric este format din 99% apa si 1% reziduu uscat, ce contine atat subst organice si anorganice. Dintre subst anorganice rolul cel mai important il are acidul clorhidric HCl.

HCl creeaza conditii optime de pH pt activitatea sucului gastric.

Digestia intestinala

Actiunea chimica a intestinului subtire se realizeaza prin sucul pancreatic, intestinal si bila.

21


Sucul pancreati contine bicarbonat de sodiu, de potasiu si clorura de sodiu care ii confera o reactie usor alcalina: pH 7.5-8.2.

Sucul intestinal are in compozitie subst anorganice(Na+, Cl-, HCO3-, N+) care-i confera un pH usor alcalin :7-8.5.

Sarurile anorganice din compozitia bilei (NaCl, NaHCO3) ii asigura un pH alcalin 7.7.

Rinichiul- stabilizator acido-bazic

Metode: a)economisirea bazelor-Na prin eliminarea unor acizi slabi- acid

carbonic,uric hipuric,betaoxibituric. b)secretia de amoniac pt neutralizarea acizilor liberi care se elimina sub

forma sarurilor de amoniu. c)utilizarea sarurilor de fosfati ca sistem tampon. In urma unui efort fizic,

cand reactia sangelui tinde sa scada, rinichii elimina fosfati acizi(NaH2PO4), iar cand pH-ul sanguin tinde spre alcalinitate accentuata, rinichii elimina fosfati dibazici -Na2HPO4.

Reactia urinii VS. alimentatie

Reactia urinii depinde de alimentatie: - in urma unei alimentatii mixte, urina este usor acida cu un pH

aproximativ 6 (extreme 4.8-8.2). - o alimentatie vegetariana duce la formarea urinei cu un caracter usor

alcalin pH 7.5-8. - o alimentatie bogata in proteine accentueaza aciditatea urinii pH 4.8-5.2.

Analizatorul vizual In ochiul tinut la intuneric reactia retinei este neutra, iar in ochiul luminat

ea devine acida. Aceasta modificare de pH se explica prin prezenta fosforului anorganic,

care rezulta din descompunerea subst fotosensibile aflate in elementele senzoriale.

22


Metobolismul de adaptare

Fenomenee de metabolism adaptiv pot fi surprinse chiar la microorganisme. Produsele metabolice eliberate de aceste organisme in mediu nu sunt produse riziduae inutile.

De pilda la unele microorganisme aerobe saprofite, in conditii aerobe de viata si la un pH neutru inmultirea este intensa, iar in mediu nu se acumuleaza produse metaboice.

Daca pH-ul devine alcalin, in mediu apare acid acetic, produs de oxidare, care tinde sa aduca spre neutralitate pH-ul.

In mediul alcalin unele microorganismele utilizeaza de preferinta ioni amoniacali, ceea ce scade alcalinitatea.

Ele elimina azot mai ales sub forma de uree, prevenind alcalinizarea excesiva.

“Deseuri modificate” care asigura mentinerea unor valori optime de pH, par a fi multe din produsele fermentatiilor:alcooli, cetone etc.

23


LP 2

DATE DESPRE PROTEINE ŞI AMIMNOACIZI

CE SUNT PROTEINELE?

Proteinele sunt substante chimice naturale cu structura macromoleculara , care se gasesc în toate celulele vii . Sunt componente ale structurilor celulare si au functii biologice fundamentale : enzimatice , hormonale , imunologice .

Proteinelor constituie în prezent un nume familiar , stiindu-se ca reprezinta o parte necesara a alimentatiei noastre , ce poate fi obtinuta în special din oua , lapte carne , cât si din fasole , mazare nuci . Ca aspect , la microscop , proteinele sunt subtiri , ca niste bastonase gelatinoase . În organele animale apar sub forma de muschi , piele ,par . Ele se gasesc si în plante , în cantitati mai mici . Toate sunt amestecuri de compusi complecsi , continând carbon , hidrogen , azot , oxigen , uneori si fosfor , fier , iar de multe ori sulf . Proteinele sunt principali constituenti ai corpului animalelor . Îndeplinind o mare varietate de functii , se descopera o diversificare deosebita în alcatuirea lor . S-a demonstrat ca proteinele constituie partea cea mai însemnata din substanta uscata a celulelor . În corpul omenesc , 15 % din greutate se datoreaza proteinelor . Analiza lor elementara a fost facuta de chimistul olandez Gerardus Iohannes Mulder ( 1802 - 1882 ) , extragându-le din tesuturi animale si vegetale . Acesta le-a dat , în anul 1838 , la sugestia fostului sau profesor J.J. Berzelius , numele de proteine , de la grecescul 'protos' , care înseamna primul , în prima linie . Mulder publica aceasta denumire în 1840 ( în unele tratate apare anul 1843 ) , în limba olandeza , tradusa apoi si în limba franceza .

CE SUNT AMINOACIZII? CAND AU FOST DESCOPERITI?

Primul aminoacid a fost descoperit de naturalistul francez Henri Braconnot ( 1780 - 1855 ) , în 1818 . El se numeste pectina si face parte dintre glucide ; la fel ca si glicina , izolata doi ani mai târziu , tot de el , din hidratii de gelatina .

Primele cercetari pentru descifrarea alcatuirii proteinelor au fost facute de chimistul german Emil Herman Fischer . În 1875 , el a aratat cum hidrazina poate fi folosita la separarea si identificarea diferitelor tipuri de zahar din amestecurile impure . Obtinând succese , a fost solicitat de Baeyer la Universitatea din Erlanger , unde a facut primele observatii asupra stereochimiei . Apoi a studiat purinele , elucidând structura acestora în detaliu, legând-o de mecanismul vietii . E. Fischer a aratat ca purinele ( constituenti ai acizilor nucleici) sunt molecule-cheie în tesuturile vii .

24


Desi în 1902 I s-a acordat Premiul Nobel , viata stiintifica a lui E. Fischer si-a continuat linia ascendenta . Urmatorii ani a manifestat interes în studiul moleculelor complicate ale proteinelor , aratând modul în care aminoacizii se combina în molecula proteica , precum si metoda de legare a acestora . Astfel , în 1907 , a construit o molecula proteica alcatuita din 18 unitati de aminoacizi . Experimentând-o a aratat ca enzimele digestive o ataca la fel ca pe o proteina naturala .

Descoperirile ulterioare au demonstrat ca , din multitudinea de aminoacizi existenti , viata a selectat doar 20 , din care mentionam : glicina , alanina , valina , leucina , izoleucina , fenilalanina , prolina , triptofanul , serina , treonina , metionina , asparagina , acidul glutamic , cisteina , tirozina , histidina , lizina si arginina .

Fischer a demonstrat ca aminoacizii proveniti din hidroliza proteinelor , prin recombinare alcatuiesc un grup de substante numite peptide

( sau peptone ) . Apare o legatura covalenta , numita legatura peptidica , rezultata din reactia partii acide a unui aminoacid cu gruparea aminica

( bazica ) a altuia .

Legatura peptidica permite combinarea a doi sau mai multi acizi aminati pentru a forma lanturile de aminoacizi . Dupa cum s-a mentionat ,

E. Fischer a sintetizat peptide care aveau într-un lant pâna la 18 aminonacizi .

Aminoacizii se pot lega între ei prin gruparea acida sau bazica . Astfel apar polipeptidele izomere . Numarul izomerilor posibili creste exponential ( Abderhalden ) .

H. Braconnot , pe lânga alti aminoacizi a descoperit si leucina , de culoare alba , izolata mai întâi sub forma de cristale ; izoleucina este un izomer al leucinei .

Referitor la descoperirea leucinei , unele surse îl atesta pe Proust ca fiind descoperitorul ei , în 1818 .

Asparagina , gasita prima data în asparagus , a fost descoperita în 1806 , de chimistii francezi J.B. Robiquet ( 1780 - 1840 ) si N.L. Vauquelin

( 1763 - 1829 ) . Ultimul este si descoperitorul lecitinei , în 1811 . Cistina a fost descoperita un an mai devreme , de chimistul englez W. Wollaston

( 1766 - 1828 ) .

25


Valina a primit denumirea de la un compus cu care este chimic înrudita , anume acidul valeric . Triptofanul a primit denumirea de la englezescul 'trypsin - appearing' , pentru ca aparea în fragmentul dintr-o molecula proteica , care era scindata sub actiunea enzimei tripsina . Serina a fost izolata din matase ( englezescul 'silk' ) ; treonina e înrudita structural cu zaharul 'treoza' , glutamina a fost identificata în glutenul obtinut din grâu ; lizina , izolata din molecule ce se scindau în subclasele lor ; histidina izolata din proteinele tisulare ; arginina din combinatiile argintului .

AMINOACIZI CU FUNCTII SPECIFICE

În afara de rolul lor în formarea proteinelor , anumiti aminoacizi îndeplinesc în organismul animal unele functiuni fiziologice specifice sau sunt precursori ai unor compusi cu rol esential în functionarea organismului. Glicocolul este precursor al sarcosinei (N-metilglicocol) si al creatinei (guanidino-sarcosina) , care sub forma fosfatului , fosfocreatina sau acidului creatinfosforic , constituie rezerve de energie ale organismului.

Energia necesara contractiei muschiulare este furnizata de acidul adenosintrifosforic (ATP) care trece în ADP si fosfat anorganic , proces catalizat de miosina . Refacerea acidului adenosintrifosforic din ADP si fosfat anorganic se face pe socoteala energiei furnizate de glicoliza . Acest proces fiind lent , într-un muschi suprasolicitat , refacerea ATP-ului necesar unei noi contractii muschiulare se face pe socoteala acidului creatinfosforic care cedeaza restul de fosfat bogat în energie acidului adenosindifosforic , trecând în creatinina , care se elimina prin urina.

Acizii asparagic si glutamic iau parte la reactiile de transaminare .

26


Ornitina si arginina (guanidino-ornitina) au un rol important în eliminarea amoniacului provenit prin degradarea aminoacizilor , sub forma de uree în organismul animal .

Sinteza ureei are loc în ficat . Ornitina fixeaza NH3 si CO2 , enzimatic , dând citrulina care cu o noua molecula de NH3 trece în arginina. Arginina este apoi hidrolizata de arginaza în uree si cruitina .

Tirosina este precursorul tiroxinei (tetraiod- derivatul eterului p -hidroxifenilic al tirosinei) .

27


Tiroxina este un hormon care se gaseste în glanda tiroida , alaturi de diiodtirosina .

Iodul din alimente este fixat în glanda tiroida care contine un sistem enzimatic capabil sa oxideze ioni de iod la iod elementar . Lipsa iodului în organismul animal duce la o scadere a facultatilor mintale (cretinism) ; excesul de iod provoaca o crestere a arderilor în organism (boala lui Basedow) .

Aminoacizii sunt precursorii aminelor biogene si ai aminoalcoolilor , substante cu rol fiziologic de mare importanta pentru buna functionare a organismului .

AMINOALCOOLI CU FUNCTII BIOLOGICE

Colamina (etanolamina) si colina (baza cuaternara a etanolaminei) se formeaza probabil din serina ; agentul de metilare natural este metionina asistata de acidul adenosintrifosforic .

Colamina si colina intra în compozitia mai multor substante naturale de mare importanta în functionarea sistemului nervos si în transportul grasimilor si al altor substante , prin membranele celulare .

Acetilcolina este neurohormonul sistemului nervos parasimpatic . Ea se formeaza în organism la jonctiunile între nervi sau nerv si muschi ( numite sinapse ) si are rolul de a transmite , de pe o fata pe cealalta a sinapsei , impulsul nervos , pe cale chimica .

Acetilcolina se formeaza din colina prin acetilare cu ajutorul acetilcoenzimei A .

Dupa ce acetilcolina si-a îndeplinit misiunea de transmitator chimic al impulsului nervos , ea este hidrolizata de o enzima specifica pentru aceasta , colinesteraza , deblocând astfel sinapsa . Daca aceasta hidroliza nu are loc , în urma blocarii colinesterazei de anumite substante , se produc tulburari ale sistemului nervos ducând la paralizie si moarte .

Substante care inhiba activitatea colinesterazei , prin blocarea centrelor active ale enzimei , sunt alcaloidul fisostigmina (un carbamat) si unii compusi organici ai fosforului .

Nervii care transmit impulsul nervos prin acetilcolina se numesc colinergici . În sistemul nervos simpatic , impulsul nervos în sinapsele periferice este transmis de un alt mediator chimic , simpatina (un amestec de adrenalina si

28


noradrenalina) ; nervii care transmit impuls prin adrenalina se numesc adrenergici .

Adrenalina este un hormon care se formeaza în maduva capsulelor suprarenale ; este primul hormon izolat în stare cristalizata (Takamine , Aldrich , von Fürth , 1901) . În organism , adrenalina are functiuni multiple: regleaza tensiunea arteriala prin îngustarea capilarelor sanguine , regleaza concentratia constanta a glucozei în sânge , actionând antagonist cu insulina (adrenalina mareste iar insulina scade aceasta concentratie) .

Adrenalina se obtine sintetic , în scop farmaceutic , din pirocatechina si clorura acidului monocloracetic .

Adrenalina obtinuta prin sinteza este racemica . Separarea enantiomerului levogir (de 15 ori mai activ decât racemicul ) se face prin tratarea cu acid (+)-tartric ; adrenalina naturala este levogira ([a]D = - 50,5 °) .

Efedrina este un aminoalcool cu efect vasoconstrictor de durata mai lunga decât adrenalina . Efedrina se gaseste în natura în planta 'Ephedra vulgaris' ;actiunea fiziologica a efedrinei era cunoscuta în antichitate la greci si la chinezi cu 3000 de ani înaintea erei noastre . D-(-)-efedrina are activitate fiziologica maxima . Efedrina se obtine sintetic pe mai multe cai , fiind utilizata în medicina în tratamentul guturaiului , astmului , în stari alergice , pentru mentinerea presiunii arteriale .

O sinteza a efedrinei consta în tratarea D-(-)-fenilacetilmetanolului (obtinut prin adaugare de benzaldehida într-o solutie de glucoza care fermenteaza) cu metilamina , si hidrogenarea produsului de condensare ; se obtine astfel efedrina optic activa .

FOSFATIDE

Colina si colamina intra în compozitia fosfatidelor , produsi naturali cunoscuti sub numele de fosfolipide , care se gasesc în membranele celulare si au rolul de a asigura transportul substantelor insolubile în apa , prin aceste membrane .

Sub numele de lipide , fara semnificatie structurala , se cuprind substante cu structuri variate , izolate din plante sau animale prin extractie cu dizolvanti nepolari ; lipidele sunt insolubile în apa .

Fosfatidele sunt esteri ai acidului fosfatidic (diacil glicerinfosforic) cu colina (lecitine) , colamina (cefaline) si serina (fosfatidilserina) . Acizii din

29


fosfatide sunt acizi grasi superiori (C16 , C18 , de exemplu palmitic , stearic sau oleic) .

Fosfatidele au catene hidrocarbonate lungi (ale acizilor grasi superiori cu catene mai lungi de 16 atomi) , nepolare , si o grupare polara , de ioni dipolari . Datorita acestei structuri ei formeaza miceli având doua fete polare care marginesc o portiune nepolara .

În membranele celulare , partea nepolara asigura transportul substantelor nepolare . Transportul substantelor polare este asigurat de partea proteinica a acestor membrane .

Sfingomielina , izolata din tesutul nervos , intra în compozitia învelisului celulei nervoase (a axonului) ; ea regleaza permeabilitatea acestei membrane pentru ioni de Na+ si K+ , determinând astfel transmisia impulsului nervos pe cale electrica .

Sfingomielina este o fosfatida a sfingosinei (2-aminooctadec-4-en-1,3 diol).

Cerebrozidele sunt derivati ai sfingosinei care au un rest de galactoza în locul restului de fosfat de colina ; ele sunt glicolipide .

PEPTIDE, PROTEIDE SI PROTEINE CU ACTIVITATE FIZIOLOGICA

Din clasa peptidelor , proteinelor si proteidelor fac parte numerosi compusi cu importanta vitala în fenomenele legate de functionarea normala a organismelor vii . De asemenea , multe substante toxice produse de plante si animale , germeni de boli sau substante de aparare ale organismului împotriva lor fac parte din aceste clase . Vor fi mentionate numai

HORMONI POLIPEPTIDICI

Oxitocina si vasopresina , doi hormoni izolati din lobul posterior al glandei hipofize care regleaza tensiunea arteriala prin inhibarea diurezei , contractia uterului , au fost izolati de Craig (1949) si au fost obtinuti sintetic de du Vigneaud 1955 .

Oxitocina este o octapeptida (daca se considera cele doua resturi de cisteina ca o molecula de cistina ) sau o nonapeptida , daca se tine seama de cele doua molecule de cisteina .

30


Vasopresina , din hipofiza de porc , difera de oxitocina prin înlocuirea restului de izolencina cu fenilalanina si a restului de lencina din catena , cu lisina .

Insulina , hormnul secretat de pancreas ( capsulele lui Langerhans ), regleaza concentatia constanta a glucozei în sânge ( 0,1 - 0,15 % ) . Defectiuni în sinteza insulinei , în boala numita diabet , duc la cresterea glucozei în sânge ( hiperglicemie ) care se corecteaza medical prin administrare de insulina .

Insulina este formata din doua catene polipeptidice : catena A ( cu 21 aminoacizi ) si catena B ( cu 30 aminoacizi ) ; cele doua catene sunt unite prin punti S-S din resturi de cisteina .

PROTEINE CU ROL DE ENZIME

Enzimele care confera specificitatea reactiilor pe care le catalizeaza sunt proteine . Ele actioneaza independent (enzimele proteinice ) sau împreuna cu coenzime ( neproteice ) .

Ribonucleaza , enzima care hidrolizeaza acidul ribonucleic , este formata din 124 aminoacizi a caror succesiune a fost determinata de catre Moore si Stein în 1960 si care a fost obtinuta sintetic prin metoda Merrifield .

Pepsina ,chimiotripsina si tripsina sunt enzime din sucul pancreatic care hidrolizeaza proteinele la peptide mari . Pepsina hidrolizeaza legaturi peptidice ale fenilalaninei la marginea aminica . Chimiotripsina hidrolizeaza legaturile fenilalaninei ( si tirosinei ) la marginea carboxilica . Tripsina hidrolizeaza legaturi peptidice între lisina si arginina la marginea carboxilica .

Actiunea de hidroliza a enzimei necesita vecinatatea spatiala a trei aminoacizi care pot fi aflati distantati în catena enzimei dar care se apropie în jurul centrului de reactie prin faldurile catenei . Acesti aminoacizi sunt :

serina , istidina si acidul asparagic . Istidina are rolul de a transfera un proton de la serina la acidul asparagic , formând anionul grupei hidroxil al serinei si grupei carboxil a acidului asparagic . Rolul restului de fenilalanina este de a tine centrul de reactie într-o pozitie favorabila , situatie realizata de asezarea restului fenil în faldurile catenei enzimei ca într-o nisa . Specificitatea enzimei este determinata de aceasta parte a catenei enzimei ( caracterul de tipar ) .

Procesul enzimatic de hidroliza începe prin fixarea substratului pe enzima prin reactia grupei alcoxid a serinei cu o grupa C = O a peptidei , simultan cu transferul protonului histidinei la grupa NH a legaturii amidice care

31


reactioneaza . În acest proces serina este acilata iar histidina este protonata de catre grupa carboxil a acidului asparagic .

Enzima acilata reactioneaza cu o molecula de apa regenerând enzima ( grupa hidroxil a serinei )si formând grupa carboxil a restului de fenilalanina ; substratul se separa de enzima iar aceasta începe un nou ciclu .

Proteidele sunt combinatii între o enzima proteica si o molecula neproteinica numita grupa prostetica . Proteidele , numite si proteine conjugate , se clasifica dupa natura grupei prostetice .Grupa prostetica are de obicei functiunea chimica iar proteina asigura fixarea pe substrat asigurând specificitatea . Au fost descrise numeroase proteide cu activitate fiziologica între care amintim doar câteva mai caracteristice .

Hemoglobinele sunt cromoproteidele din sânge având drept grupa prostetica derivati ai pirolului (porfirine ) si fer drept metal . Hemocianinele din sângele molustelor si al melcilor contin cupru : sângele lor este albastru din acest motiv .

Nucleoproteidele au drept grupa prostetica acizi nucleici . Glicoproteidele sunt proteide cuplate cu un hidrat de carbon , de exemplu albumina din ou si din ser . În umoarea sticloasa a ochiului si în secretia din glanda submaxilara se gasesc glicoproteide cu continut de peste 4 % zahar numite mucoide . Mucoide se gasesc si în vegetale . Sub numele de lipoproteide se cuprind compusi formati din proteina si fosfatide ; ele formeaza membranele celulare . Rodopsina , purpura vizuala , o proteida responsabila în fenomenul vederii , este formata din 11-cis-retinal ( grupa prostetica ) si o proteina , opsina .

Proteidele care contin fosfor se numesc fosfoproteide ; un exemplu este caseina din lapte .

VIRUSURI

Germenii patogeni ai multor boli infectioase fac parte din clasa riboproteidelor cu greutati moleculare enorme . Acidul ribonucleic are rolul de a asigura înmultirea moleculelor . Desi virusurile pot fi obtinute în stare cristalizata ca substante definite , ele au proprietatile fiintelor vii ( înmultirea celulara ) . Între virusuri se numara virusul poliomelitei , pojarului , variolei , turbarii , guturaiului . Virusul mozaicul tutunului , din regnul vegetal , a fost deosebit de bine studiat si succesiunea de 158 de aminoacizi ai proteinei a fost determinata .

32


ANTIGENI SI ANTICORPI

Proteinele produse de bacterii sau provenite din virusuri ( toxine ) introduse în organismul animal determina formarea de proteine de aparare numite anticorpi . Proteinele care determina formarea de anticorpi se numesc antigeni . Fiecare antigen determina formarea unui anticorp specific care precipita numai cu antigenul pentru care a fost sintetizat de organism . Specificitatea anticorpilor este determinata de structura lor . Anticorpii determinati de un anumit antigen se formeaza într-un timp mai îndelungat ; astfel se explica imunitatea dobândita de organism fata de unele infectii , chiar dupa ce actiunea lor directa înceteaza . Formarea de anticorpi în scop de imunizare se practica în medicina prin utilizarea de vaccinuri .

Exista antigeni si cu structura de polizaharide , de exemplu cel produs de pneumococ .

IMPORTANTA PROTEINELOR

Proteinele reprezinta un numar mare de compusi organici constituiti din aminoacizi uniti prin legaturi peptidice, ce formeaza organisme vi si sunt esentiale pentru functionarea lor. Descoperite in 1838, proteinele sunt acum recunoscute ca fiind principala componenta a celulelor vii, insemnand mai mult de 50 la suta din greutatea "uscata" a animalelor. Cuvantul proteina vine din grecescul proteinos care inseamna principal.

Moleculele proteice variaza de la fibre lungi si insolubile care formeaza tesutul de legatura si parul, pana la globule solubile ce pot trece prin membranele celulare si pot cataliza reactii metabolice. Sunt specifice fiecarei specii si fiecarui organism. Oameni au aproximativ 30.000 de proteine diferite, din care doar 2 la suta au fost pe deplin analizate. Proteinele din dieta, sunt folosite in principal pentru a construi si pentru a mentine celule, dar descompunerea lor chimica da de asemeni energie, apropiindu-se de cele 4 calori pe gram, generate de hidrocarbonati (eng.: carbohydrates).

Pe langa functiile lor in crestere si in mentinerea celulelor, proteinele sunt de asemeni responsabile pentru contractia muschilor. Enzimele digestive sunt proteine, asa cum este insulina si multi alti hormoni, anticorpii sistemului imunitar si hemoglobina, care transporta substante vitale prin corp. Cromozomii, care transmit caracteristicile ereditare, sub forma de gene, sunt de asemeni compusi din acizi nucleici si proteine.

33


Nutritia

Indiferent daca sunt gasite in oameni sau in bacterii unicelulare, proteinele sunt compuse din aproximativ 20 de aminoacizi diferiti, care, pe rand sunt formate din carbon, hidrogen, oxigen, azot si cateodata sulf.

Intr-o molecula de proteina, acesti acizi formeaza legaturi peptidice, (ce sunt legaturi intre gruparile amino (NH2) si carboxil (COOH) ), ce creeaza lanturi lungi peptidice.

Numarul aproape infinit de combinatii pe care acesti acizi se alinieaza, si forma elicoidala sau globulara sub care aceste lanturi se formeaza ajuta la explicarea enormei diversitati de functiuni pe care proteinele le indeplinesc.

Pentru a sintetiza proteinele esentiale vietii, fiecare specie are nevoie de anumite proportii din cei 20 de aminoacizi. Desi plantele pot produce toate componentele de care au nevoie plecand de la azot, dioxid de carbon si alte elemente chimice, prin fotosinteza, majoritatea celorlalte organisme pot produce doar o parte din ele. Cele care raman, trebuie sa fie derivate din mancar. Opt aminoacizi esentiali sunt folositi pentru a mentine starea de sanatate a unui organism: leucina (eng. :leucine ) izoleucina, lisina (eng: lysine), metionina (eng:methionine), phenialanina (eng: phenyalanine), teonina (eng:theonine), triptofan (eng:tryptophan) si valina. Toti acestia sunt disponibili in proteinele produse de semintele plantelor, dar deoarece plantele nu au de obicei concentratii prea mari de lisina si triptofan, expertii in nutritie recomanda suplimentarea dietei cu proteine animale, din carne, oua, si lapte.

Majoritatea dietelor, mai ales in tarile dezvoltate, cum ar fi Statele Unite ale Americi, unde proteina animala este consumata in exces, contin toate proteinele necesare. Kwashiorkor, o boala prezenta printre copii din Africa centrala se datoreaza carentei unui anumit aminoacid. La adulti se recomanda 0.79g de proteina pe kilogram ( din greutatea corporala), in fiecare zi. Pentru copii sau sugari cantitatea se dupleaza si respectiv se tripleaza datorita cresterii lor rapide.

Interactiunea cu alte proteine

Lanturile polipeptidice sunt aranjate in asa fel incat acizii hidrofobi de obicei sunt orientati catre interior, dand stabilitate moleculei, iar cei "iubitori de apa" sunt

34


orientati catre exterior unde pot interactiona cu alti compusi si in special cu alte proteine. Proteinele globulare in particular pot interactiona cu un compus anume de exemplu un derivat al unei vitamine formand astfel coenzime, sau se pot uni cu o anumita proteina pentru a forma un ansamblu de proteine folosit de celula.

Proteinele Fibroase

Colagenul, care formeaza oasele, pielea, tendoanele si cartilajele, este cea mai abundenta proteina gasita la vertebrate. Molecula contine de obicei trei lanturi polipeptidice foarte lungi, fiecare format din aproximativ 1000 de aminoacizi, care se rasuceste intr-o forma regulata de elice tripla (triplu-helix) si dau astfel tendoanelor si pielii puterea de rezistenta la tensiune. Cand fibre lungi de colagen sunt denaturate prin fierbere, lanturile se scurteaza, si formeaza gelatina.

Keratina, care compune stratul exterior al pielii umane, parul si unghiile, solzii si penele animalelor se rasuceste intr-o forma numita alpha-helix. Ele protejeaza corpul de mediu, keratina fiind complet insolubila in apa. Multele legaturi disulfurice o fac o proteina extrem de stabila, ce poate rezista actiunii enzimelor proteolitice (eng.:Proteolytic (protein-hydrolysing)). In tratamentele de permanentizare a parului uman, acesta este supus unui agent de reducere cum ar fi tioglicol (eng:thioglycol), pentru a reduce numarul de legaturi disulfurice, care sunt mai tarziu refacute cand parul intra in contact cu oxigenul.

Fibriogenul este o proteina plasmatica a sangelui, responsabila pentru coagularea sangelui. Cu actiunea catalitica a trombinei, fibriogenul se transforma in molecule insolubile care se unesc intre ele pentru a forma aglomeratii de proteine.

Proteine musculare , cum este miozina sunt responsabile pentru contractiile muschilor, combinate cu actina, o alta proteina musculara formeaza actomiozina. Diferitele filamente ale actomiozinei se scurteaza, producand astfel contractia muschilor.

35


Proteine globulare

Spre deosebire de proteinele fibroase, proteinele globulare sunt sferice si foarte solubile. Ele joaca un rol dinamic in metabolismul corpului. Exemple ar fi albumina, caesina (eng:caesin) ,globulina, hemoglobina, si alte enzime si hormoni proteinici. Albumina si globulina sunt clase de proteine solubile abundente in celulele animale, in serul din sange, in lapte, si in oua. Hemoglobina(eng: haemoglobin) este o proteina cu rol in respiratie care transporta oxigen in corpul uman si este responsabila pentru culoarea rosie a celulelor rosii din sange. Mai mult de 100 de tipuri de hemoglobina umana, au fost descoperite, printre care hemoglobina S, cauza anemiei "sickle-cell", boala ereditara suferite in special de negrii.

Hormoni proteinici sunt proteine ce provin din glandele endocrine, nu functioneaza ca si enzimele, stimuland organele tinta in a initia si a controla actiuni importante cum ar fi rata metabolismului si producerea de enzime digestive si de lapte. Insulina, secretata de pancreas, regleaza nivelul de glucoza din sange. Tiroglobulina secretata de granda tiroida, regleaza metabolismul general, hormonul calciton (eng: calcitonin), secretat tot de glanda tiroida, reduce nivelul de calciu din sange.

Anticorpi, denumiti si imunoglobuline, desemneaza cateva mii de proteine diferite care sunt generati de serul din sange, in reactia cu antigeni(eng:antigens) (substante care ataca organismul). Un singur antigen poate genera producerea multor anticorpi, care se unesc cu diverse laturi ale moleculei de antigen, neutralizand-o, si cauzand eliminarea acesteia din sange.

Microtuburi

Proteinele globulare pot de asemeni sa se aseze intr-o forma de tub, goala prin interior, care foloseste si la intarirea peretilor celulari cat si la conducerea substantelor de la o celula la alta. Fiecare din aceste microtuburi este format din toua tipuri aproape sferice de proteine, care formeaza o pereche si se unesc la capatul de crestere al unui microtub, lungind-ul daca este necesar. Aceste tuburi

36


sunt de asemeni prezente in membrele ciliare cu care unele microorganisme se deplaseaza (flageluri). In fiecare cil sau flagel, noua perechi de microtuburi inconjoara o a zecea pereche centrala.

ARN si ADN

Acizii nucleici, sunt molecule extrem de complexe, produse ce celulele vii, si de virusi. Numele lor vinde de la pozitia lor in celulele vii. Cativa acizi nucleici insa, nu se gasesc in nucleu ci in citoplasma celulei. Acizii nucleici au cel putin doua functii: sa treaca caracteristicile ereditare de la o generatie la alta si sa produca proteine specifice. Cum reusesc acizii nucleici sa efectueze aceste functii este obiectul celei mai intese cercetari ale zilelor noastre. Se crede ca s-au format acum trei milioane de ani cand cele mai elementare forme de viata au aparut pe pamant. Originea codului genetic, a fost acceptata de cercetatori ca fiind foarte apropiata de cea a vietii insasi.Biochimistii au reusit sa descifreze codul, adica sa determine cum acizii nucleici dicteaza structura proteinelor.

Enzimele sunt proteine globulare care se combina rapid cu alte substante, numita substrat, pentru a cataliza numeroasele reactii chimice in corpul uman. Sunt in principal responsabile pentru metabolism si pentru reglarea acestuia.

Asa cum chimistul suedez jons Jakob Berzelius a sugerat in 1823, enzimele sunt catalizatori, capabili sa accelereze o reactie chimica, fara a fi consumate de proces.

Unele enzime cum ar fi pepsia si tripepsina, care folosesc in digestia carnii, controleaza multe reactii diferite, iar altele cum ar fi ureasa sunt extrem de individualizate, si pot controla o singura reactie. Altele elibereaza energia necesara inimii pentru a bate si pentru contractiile pulmonare. Multe faciliteaza conversia zaharului si mancarurilor in diverse substante necesare corpului pentru creearea de noi tesuturi, pentru refacerea celulelor sangelui, si pentru energia necesara muschilor pentru a se contracta.

Pepsina, tripepsia si alte enzime au de asemeni proprietatea ciudata numita autocatalizare, care permite creerea lor dintr-un precursor numit zimogen, ca o consecinta, aceste enzime pot fi reproduse intr-o eprubeta.

Enzimele sunt extraordinar de eficiente, mici cantitati ale acestor enzime pot efectua la temperaturi reduse reactii ce ar avea nevoie de reactanti foarte violenti prin orice metode chimice obijnuite. Cam 30 de grame de pepsina cristalizata, de exemplu, este capabila sa digere aproape doua tone (metrice) de oua in cateva ore.

37


Cinetica reactiilor enzimelor divera fata de reactiile simple, anorganice. Fiecare enzima este specializata pentru reactia pe care o supravegheaza, si lucreaza la o temperatura anormala pentru acea reactie in mod normal. Chiar daca o crestere in temperatura poate accelera o reactie, enzimele sunt instabile cand sunt incalzite. Activitatea catalitica a enzimei este determinata in principal de catre succesiunea de aminoacizi si de structura tertiara (asezarea tridimensionala a ramurilor macromoleculei). Multe enzime necesita prezenta altor ioni sau altor molecule, numite cofactori, pentru a functiona.

Ca o regula generala, enzimele nu ataca celulele vii. Imediat ce o celula moare, este imediat digerata de catre enzimele care descompun proteinele. Rezistenta celulei vii este data de inabilitatea enzimei de a trece prin membrana celulara cat timp celula traieste. Cand celula moare, membrana ei devine permeabila si astfel enzima poate intra in interiorul celulei si poate distruge proteinele din ea. Cateva celule contin inhibatori de enzime, numite si antienzime, care impiedica actiunea enzimelor pe un anumit substrat.

Importanta practica a enzimelor

Fermentatia acoolica si alte procese industriale importante depind de actiunea enzimelor sintetizate de catre drojdia si bacteriile folosite in procesul de productie. Un numar de enzime este utilizat in industria medicala. Cateva au fost utilizate cu succes in tratarea zonelor de inflamare locale, tripsina este folosita pentru a elimina materia straina si celulele moarte din rani si arsuri.

Cercetarile in chimia enzimelor in ultimii ani a aruncat o alta lumina asupra catorva functii de baza ale vetii. Ribonucleaza (eng. Ribonuclease), o enzima simpla tridimensionala, a fost descoperita in 1938 de catre bacteriologul american Rene Dubos, izolata in 1946 de catrechimistul american Moses Kunitz, si sintetizata de catre cercetatori americani in 1969. Sinteza presupune unirea a 124 de molecule intr-o ordine foarte bine definita, pentru a forma o macromolecula. Astfel de sinteze au dus la probabilitatea de a identifica acele zone ale moleculei care actioneaza chimic asupra altor substante. Astfel de sinteze au dus la probabilitatea sintetizarii unor enzime cu proprietati care nu sunt prezente in natura. Aceast potential al enzimelor a fost foarte puternic exploatata in ultimii ani de catre tehnici ale ingineriei genetice, care fac posibila producerea enzimelor in mari cantitati. Utilizarile medicale ale enzimelor sunt ilustrate de cercetari in L-asparaginase (eng.), care se considera a fi o arma potentiala in tratarea leucemiei, in cercetarea dextrinazei, care poate preintampina degradarea dintilor, si enzimele care nu se mai manifesta corect, care stau la baza unor boli cum ar fi phenilketunoria (eng.) anemia si alte dezechilibre ale sangelui.

38


Enzimele si ingineria genetica

1. In ingineria genetica, cercetatorii folosesc enzime de restrictie pentru a izola un segment de ADN, care contine o gena de interes, de exemplu gena care regleaza producerea insulinei.

2. O plasmida extrasa din bacterie, si tratata cu aceleeasi enzima de restrictie poate hibrida cu fragmentul "lipicios" de ADN complementar.

3. Plasmida hibrida este reincorporata in celula de bacterie, unde se multiplica, ca parte a ADN-ului celular.

4. Un numar mare de celule fice poate fi cultivat pentru produsul genetic care poate fi extras pentru utilizarea lui la oameni.

Proteine de receptare.

Suprafata celulelor are de obicei proteine care primesc informatia din jurul celulei. De exemplu, pe suprafata celulelor nervoase, a neuronilor, substante chimice numite neurotransmitatoare, se ataseaza la acesti receptori si provoaca celula sa genereze un semnal electric.

Proteine de recunoastere

La majoritatea animalelor proteinele numite MHC, permit celulelor sa se recunoasca intre ele. Aceste proteine sunt o componenta importanta a sistemului imunitar.

Importanta proteinelor in tratamentul cancerului.

Cercetatorii de la UW Medical School au descris importante date despre proteinele care detecteaza si repara informatia genetica distrusa dintr-o celula.

Aceasta descoperire demonstreaza ca principala cauza a mutatiei genetice ereditare care marea extrem de mult riscul de a contracta cancer, numita Sindromul Nijmegen Breakage (NBS). Aceasta este o boala destul de rara,

39


similara si probabil in legatura cu boala mult mai comuna numita ataxia telangiectasia (AT). Pacientii cu aceste doua boli sunt extrem de succeptibili de cancer, si starea lor se va agrava foarte rapid daca nu intreprind tratamente cu radiatii. In viata de zi cu zi, celulele primesc un grad moderat de alterari ale cromozomilor, datorita expunerii lor la substante chimice din mediul inconjurator, la radiati si la produsi secundari naturali ai reactiilor chimice din corpul uman. Celulele urmaresc constant cromozomii, activad sisteme de reparare a ADN-ului atunci cand el este detectat. Aceste sisteme de reparare a ADN-ului sunt de asemenea responsabile de reglarea recombinarii ADN-ului intr-un proces de remodelare si diversificare a informatiei genetice. Un ADN cu probleme poate arunca celulele intr-o transformare puternica, si rezultatul poate fi devastator, ducand ulterior la cancer.

Celulele din pacienti de NBS si AT, prezinta cromozomi fragili si se pare ca ei nu mai pot recuoaste erorile de ADN.

MR95, un complex format din patru proteine este cel ce controleaza repararea si recombinarea ADN-ului. Au fost izolati cu succes trei dintre cele patru proteine. Se lucreaza de asemenea la un inlocuitor al acestui complex. Este surprinzator ca aceste proteine au capacitatea de a localiza si de a initia extrem de rapid repararea sectiunilor afectate ale ADN-ului. Se preconizeaza ca in urmatorii ani se va ajunge la o metoda de a neutraliza din start orice forma de cancer care este provcata de aceasta imposibilitate de reparare a ADN-ului.

40


LP 3

GLUCIDELE

HIDRAŢII DE CARBON Sunt compuşi organici naturali marea majoritate a cărora se încadrează în formulă Cm(H2O)n

CLASIFICARE - Monozaharidele - compuşi unitari care nu hidrolizează; - Oligozaharidele - compuşi formaţi din 2-10 resturi de monozaharide - Polizaharide compuşi alcătuiţi din mai mult de resturi de monozaharide MONOZAHARIDE Sunt polihidroxialdehide sau polihidroxicetone. Derivaţii cu grupa aldehidică se numesc - aldoze, cei cu grupa cetonică - cetoze. După numărul atomilor de carbon monozaharidele se clasifică: trioze (C3) tetroze (C4) pentoze (C5) hexoze (C6) etc.

IZOMERIA Aldotrioze Reprezentant este gliceroaldehidă

CH

CH

CH2

O

OH

OH*

Compusul se caracterizează prin prezenţa a unui atom de carbon asimetric, deci există sub forma a doi stereoizomeri.

CH

C

CH2

O

OH

H OH

CH

C

CH2

O

OH

HO H

D-gliceraldehida L-gliceraldehida

41


În cazul compuşilor cu mai mulţi atomi de carbon asimetrici (n) numărul de stereoizomeri se determină după formulă: N=2n

Astfel aldotetrozele există sub formă de 4 stereoizomeri, aldopentozele - 8, aldohexozele - 16 stereoizomeri.

CHOH

CHOH

CH2OH

CH

CH

CH

O

OH

OH*

CH

CH

CH

O

OH

OH*

CH2OH

CHOH*

*

CH

CH

CH

CH2OH

O

OH

OH*

N=22=4 N=23=8 N=24=16 În natură cele mai răspîndite sunt monozaharidele din seria D.Configuraţia monozaharidelor se determină după poziţia grupei OH de la atomul de carbon asimetric cel mai îndepart de la grupa carbonil. Exemple de monozaharide din seria D:

CH

C

C

CH2OH

O

OH

OH

H

H

CH

C

C

CH2OH

O

H

OH

HO

H

D-Eritroze D-Treoze Aldopentoze

CH

C

C

O

OH

OH

H

H

CH

C

C

O

H

OH

HO

H

C OHHCH2OH

C OHHCH2OH

C OHHCH2OH

CH

C

C

O

H

H

HO

HO

CH

C

C

O

OH

H

H

HO

C OHHCH2OH

D-Riboza D-Arabioza D-Lixoza D-Xiloza

Din cele 8 D-aldohexoze posibile aducem formulele de structură a celor mai răspîndite în natură:

42


CH

C

C

O

OH

H

H

C OHHCH2OH

HO

C OHH C OHH

HO

C OHHCH2OH

CH

C

C

O

H

H

HO

C HHO

HO

C OHHCH2OH

CH

C

C

O

OH

H

H

D-Glucoza D-manoza D-galactoza Izomerii din seria L reprezintă imaginea în oglindă a izomerilor D. De exemplu:

CH

C

C

O

OH

H

H

C OHHCH2OH

HO

C OHH C HHOH

C HHOCH2OH

CH

C

C

O

H

OH

HO

D-glucoza L-glucoza

NOMENCALTURA Monozaharidele au denumiri nesistematice. În natură se întîlnesc derivaţi ai monozaharidelor cu grupe OH substituite prin atom de hidrogen. Asemenea compuşi sunt denumiţi prin adaugarea prefixului deoxi la denumirea monozaharidei de bază.

Exemplu:

CH O

HC

C OHHCH2OH

HC OHH

D-2-deoxiriboza

43


Cetoze Cetozele naturale conţin grupa carbonil la atomul de carbon din poziţia 2. Ele au cu un atom de carbon asimetric mai puţin ca aldozele, prin urmare şi un număr mai mic de stereoizomeri:

C OCH2OH

CH2OHCH2OH

C

CH

CH2OH

OH

O

* *

CH2OH

C

CH

CHOH

OH

O

CH2OH

*

1,3-dihidroxiacetona N=21=2 N=22=4 stereoizomeri 2 stereoizomeri

*

CH2OH

C

CH

CHOH

OH

O

*

CHOH

CH2OH*

N=24=8 stereoizomeri Un exemplu concret de cetoză este D-fructoza

CC

C

C

CH2OH

OHHO

OHH

OHH

CH2OH

D-fructoza FORMELE CICLICE ALE MONOZAHARIDELOR Monozaharidele cu 5 sau mai mulţi atomi de carbon există sub forme ciclice care se găsesc în soluţii în echilibru cu forma aciclică. La aceste

44


transformări (tautomerie) participă grupa OH din poziţiile 4 sau 5 ale monozaharidelor. Astfel pentru D-glucoză aceste transformări sunt următoarele:

C

C

C

C

C

CH2OH

OHH

H

OH

O

OH

H

HO

H

H

H

HO

H

C

C

C

C

CH2OH

OHH

H

OH

OH

CH O HO

H

HO

H

C

C

C

C

C

CH2OH

OHH

H

OH

O

H* *

a-D-glucopiranoza D-glucoza b-D-glucopiranoza forma aciclică Compuşii ciclici formaţi au cu un atom de carbon asimetric mai mult decît forma aciclică. Grupa OH nou formată se numeşte hidroxil glicozidic. Stereoizomerul în care hidroxil glicozidic are aceiaşi orientare ca şi grupa OH după care se determină seria D sau L se înseamnă prin a, iar stereoizomerul ci orientare opusă a acestor grupe - prin b.

CH2OH

C

C

C

C

CH2OH

OHH

H

H

HO

HOHO

H

C

C

C

C

CH2OH

OHH

H

OH

CH2OH

HO

H

COH

O

OCH2OH

C

C

C

CH2OH

OHH

H O

b-D-fructofuranoza D-fructoza a-d-fructofuranoza (forma aciclică) Denumirea formelor ciclice ale monozaharidelor derivă de la denumirea monozaharidei respective prin adăugarea sufixului piranoză pentru ciclurile din 6 atomi sau furanoza pentru ciclurile din 5 atomi.

Formele ciclice ale monozaharidelor reprezentate prin formulele de mai sus se numesc formule de proiecţie Fischer. Pentru reprezentarea formelor ciclice ale monoglucidelor se utilizează des formule perspectivice Haworth. Pentru modificarea formulelor de proiecţie Fischer în formule de perspectivice Haworth se fac următoarele operaţii: a) se scrie un pentagon sau hexagon, la care la colţul din dreapta de sus se scrie atomul de oxigen.

45


b) substituenţii se scriu la capetele unei linii verticale. Grupele care în formula Fischer sunt orientate spre dreapta se scrie sub planul ciclului, cele din stînga - deasupra acestui plan. Ca excepţie grupa CH2OH se scrie întotdeauna deasupra planului.

6

5

4

3

2

1

H

H

C

H OH

O

OH

H

H

HO

CH2OH

C

C

C

C OH O

OH

CH2OH

OH

HO

HO

a-D-glucopiranoza a-D-glucopiranoza (proiecţia Fischer) (proiecţie Haworth)

O

CH2OH

HOCH2

HO

OH

CH2OH

C

C

C

C

CH2OH

HO

H

H

OH

O

HO

H

1

2

3

4

5

6

b-D-fructofuranoza b-D-fructofuranoza (proiecţia Fischer) (proiecţie Haworth)

PROPRIETĂŢILE CHIMICE Monozaharidele dau reacţii caracteristice compuşilor carbonilici, alcoolilor polihidroxilici şi semiacetalilor. 1. Reacţii de oxidare a) Oxidarea aldozelor în condiţii blînde la acizi aldonici

46


COOH

CC

C

C

CH2OH

OHHHHO

OHH

OHH

[O]

CH

CC

C

C

CH2OH

O

OHHHHO

OHH

OHH

+

D-glucoza acid D-gluconic Condiţii: oxidant: HOBr

Acizii monobazici rezultaţi se denumesc prin adaugarea sufixului onic la rădăcina denumirii monozaharidei. b) Oxidarea aldozelor în condiţii aspre conduc la acizi bibazici - acizi zaharici.

COOH

CC

C

C

COOH

OHHHHO

OHH

OHH

[O]

CH

CC

C

C

CH2OH

O

OHHHHO

OHH

OHH

+

D-glucoza acid D-glucozaharic Condiţii: oxidant: HNO3 diluat c) Oxidarea enzimatică a aldozelor se formează aldehidoacizi - acizi uronici

CH

CC

C

C

COOH

O

OHHHHO

OHH

OHH

[O]

CH

CC

C

C

CH2OH

O

OHHHHO

OHH

OHH

+

D-glucoza acid D-glucuronic Condiţii: oxidare în prezenţă de enzime.

47


2. Reacţii de reducere

Monozaharidele reducere cu hidrogen se transformă în alcooli polihidroxilici:

+

CH

CC

C

CH2

O

OHHHHO

OHH

OH

2 2[H]

CH2CC

C

CH2

OH

OHHHHO

OHH

OH

D-xiloza D-xilitol Condiţii: Na/Hg, H+

Denumirea alcoolilor polihidroxilici se alcătuieşte prin substituirea terminaţiei oza din denumirea aldozei corespunzătoare prin sufixul itol. Alcoolul obţinut la reducerea D-glucozei se numeşte D-sorbitol. Aldozele la reducerea dau un singur stereoizomer, iar cetozele formează doi stereoizomeri.

+

CH2CC

C

C

CH2OH

OH

OHHHO

OHH

OHH

2 4H

CH2CC

C

C

COOH

OH

OHHHHO

OHH

OHH

+

CH2CC

C

C

COOH

OH

HHOHHO

OHH

OHH

D-fructoza D-sorbitol D-manitol 3. Formarea ozazonelor Monozaharidele reacţionează cu 3 moli de fenilhidrazină conducînd la ozazone:

CH

CC

C

C

COOH

O

OHHHHO

OHH

OHH

+3H2NNHC6H5

CH

CC

C

C

COOH

NNHC6H5NNHC6H5HHO

OHH

OHH

-2H2O-C6H5NH2

-NH3 -NH3

-C6H5NH2

-2H2O

H2NNHC6H53

CH2OH

CC

C

C

OHHO

OHH

OHH

CH2OH

D-glucoză ozazonă D-fructoză

48


Condiţii: încălzire în soluţie apoasă Aceste reacţii decurg cu participarea atomilor de carbon din poziţiile 1 şi 2. Prin urmare mai multe monozaharide pot forma aceiaşi ozazonă, de exemplu: D-glucoză, D-manoză şi D-fructoză formează acelaşi produs. 4. Formarea glicozidelor Hidroxilul glicozidic din formele ciclice ale monozelor este mult mai reactivă decît celelate grupe hidroxilice. El uşor se eterifică cu alcooli în prezenţa de catalizator acid formînd glicozide:

OH

HH

HO

HO

HO

CH2OHO

H CH3

OCH2OH

HO

HO

H

HO

H

OCH3

a-D-glucopiranoza 1-metil- a -D-glucopiranoza

5.Alchilarea monozaharidelor La tratarea monoglucidelor (forma ciclică) cu iodura de metil în prezenţa de oxid de argint toate grupele OH, inclusiv şi hidroxidul glicozidic se metilează

OH

HH

HO

HO

HO

CH2OHO 5 CH3I O

CH2OCH3

OCH3

OCH3

OCH3CH3O

H2O, H+

CH3OOCH3

OCH3

CH2OCH3O

OH

1,2,3,4,6- pentametil 2,3,4,6-tetrametil- -a-D-glucopiranoza - a -D-glucopiranoza În prezenţa de acid mineral gruparea eterică de la hidroxilul glicozidic se hidrolizează uşor, iar celelate grupări eterice rămîn intacte.

49


OLIGOZAHARIDE ŞI POLIZAHARIDE Oligozaharidele sunt compuşi care conţin de la 2 pînă la 10 resturi de monoglucide. Cele mai răspîndite în natură sunt dizaharidele cu două resturi de monoglucide.

Dizaharidele reducătoare Dizaharidele ce se formează din două monozaharide cu participarea unui hidroxil glicozidic de la o monozaharidă şi un hidroxil alcoolic de la cealaltă moleculă au o grupă OH glicozidică liberă. Asemenea dizaharide uşor trec în forma carbonilică, prin urmare formează ozazone. Reduc reactivul Tollens sau Cu(OH)2; ele sunt numite dizaharide reducătoare.

Maltoza

Este o dizaharidă formată din două resturi de a-D-glucopiranoză (legătura 1,4-glicozidică):

H

HO

OCH2OH

H

HO

HO

H

HO

H

O

H

HO

CH2OHO H

OH

H

O

OCH2OH

HO

O

HHH

HO

HOH

HO

CH2OHO

H

HO

H

HO

OCH2OH

H

HO

HO

H

HO

H

O

H

HO

CH2OHO H

O

H

HO

OCH2OH

H

HO

HO

H

HO

H

O H

HO

CH2OHO H

OHO

H

H

maltoza (forma ciclicã)4-(a-D-glucopiranotil)-D-glucozadenumire sistematicã

OCH2OH

HO

O

HHH

HO

HOH

HO

CH2OHO

H

HO

H

HO

OCH2OH

H

HO

HO

H

HO

H

O

H

HO

CH2OHO

CHO

O

CH2OH

HO

O

HHH

HO

HOH

HO

CH2OHO

H

HO

Maltoza (forma carbonilicã) Alte dizaharide reducătoare: Celobioza

50


Este alcătuită din două resturi de á-D-glucopiranoză (legătura 1,4 glicozidă)

H

H

O

OCH2OH

HOH

H

HO

HOH

HO

CH2OHO

H

HO

H

HO

OCH2OH

H

HO

HO

H

HO

HO

CH2OHO

CH2OH

HO

O

H

HO

HOH

HO

CH2OHO

H

HO

HHH O

Celobioza (forma ciclică) 4-(b-D-glucopiranozil)-D-glucoza denumire sistematică

H

H

OOCH2OH

HOH

H

HO

HOH

HO

CH2OHO

H

HO

H

HO

OCH2OH

H

HO

HO

H

HO

HO

CH2OHO

CH2OH

HO

O

H

HO

HOH

HO

CH2OHO

H

HO

HHH O

Lactoza - constă dintr-un rest de b -D-glucopiranoză şi unul de a-D-glucopiranoză (legătură 1,4-glicozidică)

H

H

O

OCH2OH

HOH

H

HO

HOH

HO

CH2OHO

H

HO

H

HO

OCH2OH

H

HO

HO

H

HO

HO

CH2OHO

CH2OH

HO

O

H

HO

HOH

HO

CH2OHO

H

HO

HHH O

Lactoza (forma ciclică) 4-(b-D-galactopiranozil)-D-glucoza Dizaharide nereducătoare Dizaharide formate din două resturi de monozaharide pe contul a două grupe hidroxilice glicozidice nu dau reacţii de oxidare, nu formează ozazone; ele sunt numite dizaharide nereducătoare. Exemple: Trehaloza este alcătuită din două resturi de a-D-glucopiranoză (legătură 1-1)

51


H

HO

OCH2OH

H

HO

HO

H

HO

H

O H

HO

CH2OHO H

OHO

H

H

H

H

O

HOCH2OH

HO

H

O

H

HO

HOH

HO

CH2OHO

H

HO

trehaloza 1-(a-D-glucopiranozil)-a-D-glucopiranozidă Zaharoza - este deasemenea o dizaharidă nereducătoare formată dintr-un rest de a-D-glucopiranoză şi unul de b-D-fructofuranoză (legătură 1-2)

H

CH2OHO

HH

HO

HOH

HO

CH2OHO

H

HO

O

H

HO

HOCH2

2-(a -D-glucopiranozil)- b-D-fructofuranozidă Polizaharide Polizaharidele sunt compuşi macromoleculari formaţi din zeci, sute sau miiresturi de monozaharide unite prin legături glicozidice. Amidonul Reprezintă un amestec de două polizaharide: amiloza (10-20%) şi amilopectină (80-90%). Amiloza - este o polizaharida cu structura liniară din resturi deà-D-glucopiranoză prin legături 1,4-glicozidice cu formula (C6H10O5)n, unde n = 300-1000.

52


OCH2OH

H

HO

HO

H

HO

OHOH

HO

CH2OHO

O

OCH2OH

H

HO

HOO

Amilopectina are o structură ramificată, alcătuită din resturi de a-D-glucopiranoză prin legături 1,4-glicozidice, cu excepţia ramificărilor care se formează prin legături 1,6-glicozidice; (C6H10O5)n, unde n=6000-36000 Amidonul hidrolizează în prezenţa acizilor minerali pînă la D-glucoză după următoare schemă:

(C6H10O5)n +H2O à (C6H10O5)m à 2

n

C12H22O11 à n C6H12O6

amidon m < n dextrine maltoza D-glucoza

Celuloza Este un polimer linear alcătuit din resturi de b-D-glucopiranoză prin legături 1,4glicozidice; (C6H10O5)n, unde n=300-3000

OCH2OH

H

HO

HO

H

HO

HOH

HO

CH2OHO

O

O

Un segment de moleculi de celuloză.Celuloza sub acţiunea acizilor minerali hidrolizează conducînd la produsul final - D-glucoza, după următoarea schemă

(C6H10O5)n + H2O à (C6H10O5)m à 2

n

C12H22O11 à n C6H12O6

Celuloza m < n celobioza D-glucoza celodextrine

53

Documents

Biochimie Lp