Glucidele, lipidele, proteinele, fiziologie celulara

Materia fie in stare solida, fie in stare lichida sau gazoasa este compusa din atomi.

Un atom este cea mai mica unitate de materie capabila sa pastreze identitatea unui element in timpul unei reactii chimice.

Un element chimic este o substanta care nu poate fi descompusa in substante mai simple prin reactii chimice normale.

Atomii sunt formati din particule subatomice cum ar fi protoni si neutroni-din nucleu si electroni care se misca pe orbite in jurul nucleului.

Masa atomica este reprezentata de nr total de protoni si neutroni din nucleu.

Nr atomic = nr de protoni sau nr de electroni( prin conventie un atom are un nr de protoni=nr de electroni=> este totdeauna neutru d.p.d.v electric).

Electronii se misca pe orbite in jurul nucleului la diferite niveluri de energie. Pe primul nivel , cel mai apropiat de nucleu se pot gasi numai 2 electroni, pe celelalte 2 cate 8 electroni.

Izotopii sunt atomii unui element care au nr diferit de neutroni si diferite greutati atomice decat in mod obisnuit.

Deci sunt forme alternative ale aceluiasi element chimic.

Atomii care au pierdut sau au castigat electroni s.n IONI ce pot fi incarcati pozitiv sau negativ.

Cei incarcati pozitiv au pierdut electroni iar cei negativi au castigat electroni. 

Un ACID este o sunstanta care devine ionizata in solutie , cedeaza protoni, produce ioni de H.

O BAZA este o substanta care in solutie devine ionizata producand ioni hidroxil(OH).

Bazele sunt acceptori de protoni . Se spune ca sunt alcaline .

Atomii au tendinta de a se rearanja in structuri mai simple ; pt aceasta tind sa-si completeze nr de electroni de pe orbita cea mai indepartata de nucleu.

Se pot alatura altor atomi formand molecule.

Fortele care tin impreuna atomii din molecule s.n Legaturi chimice.

Sunt de mai multe feluri :

-Legaturi ionice-implica transferul de electroni , astfel un atom castiga un e- ,celalalt pierde un e-, ambii transformandu-se in ioni cu sarcini opuse ce se atrag

-Legaturile covalente sunt cele mai des intalnite in moleculele organice . Ele implica punerea in comun de e- de catre cei 2 atomi .

Electronii pusi in comun se misca pe o orbita ce inconjoara ambii atomi.

Leg covalente pot fi -> polare( e- pusi in comun sunt distribuiti egal celor 2 nuclei ; ex :apa)

sau -> nepolare

- Legaturi de H -se formeaza prin atractia electrostatica dintre un atom de H(electronegativ) al unei molecule(de apa) si atomul de O(electropozitiv) al altei molecule(de apa).

O reactie chimica este rezultatul unui proces prin care se schimba nr, tipul sau aranjamentul atomilor intr-o molecula.

Substantele care intra in reactie s.n REACTANTI iar care rezulta s.n PRODUSI DE REACTIE.

Cand se combina elementele intre ele se formeaza compusi.

Cand compusii contin C s.n compusi Organici

4 familii de compusi organici au functii biologice importante :

-lipide (grasimi)

-glucide (sau zaharuri sau carbohidrati)

-proteine

-acizi nucleici

Elementele chimice ce compun materia vie se combina complex formand substante organice sau anorganice.

Organismul uman este format din :

60% H2O

15% proteine

15% lipide

15% glucide

15% saruri minerale

GLUCIDELE

Sunt molecule formate din C,H,O in raport aproximativ 1 :2 : 1

Sunt mai multe categorii:

-oze (monozaharide)

-ozide( dizaharide, polizaharide)

Dintre monozagaride: glucoza, fructoza, galactoza

polizaharide: amidonul si glicogenul

dizaharide: zaharoza, lactoza , maltoza

Principala functie este cea energetica (energogena) , dar au si functii structurale sau functionale.

Principalul compus este GLUCOZA care este majoritar oxidata pt obtinerea energiei, iar cea neutralizata este convertita in glicogen, stocat mai ales in ficat si muschi.

LIPIDELE

- Contin C,H,O so uneori N si P

- Sunt insolubile in apa deoarece au legaturi nepolare

- Stocheaza de 6 ori mai multa energie decat glucidele-

- In urma hidrolizei se formeaza acizi grasi si glicerol

FOSFOLIPIDELE sunt lipide ce contin fosfor si uneori si azot si intra in structura membranelor.

STEROIZII sunt derivati din colesterol : hormonii , vitaminele A, D

Lipidele au roluri structurale si functionale , energetice, metabolice.

In organism se gasesc numeroase depozite de lipide

Exista un permanent echilibru in procesul de lipogeneza, adica formarea lipidelor si depozitarea lor si procesul de lipoliza (mobilizarea lipidelor si degradarea lor).

PROTEINELE

-Pot atrage greutati moleculare foarte mari

-Contin intotdeauna C,H,N,O si uneori si fosfor, S,

-Sunt sintetizate pornind de la molecule mai mici, de la aminoacizi

O molecula de aminoacid are o grupare amino si o grupare carboxil si un lant de atomi de C intre acestea 2.

AA se leaga intre ei prin legaturi peptidice formand peptide care sunt asamblate in di, tri.. peptide pana la proteine.

Referat: Vitaminele - surse alimentare de vitamine Referat: 41 de sfaturi pentru viata lunga recomandate de doctor

-Proteinele au un important rol structural ( formand structurile celulare de rezistenta, elastice) sau functional ( de ex : enzimele, Hb, anticorpi, etc).

-Proteinele determina presiunea coloidosmotica a compaRTIMENTULUI LICHIDIAN IN CARE SE AFLA.

ACIZII NUCLEICI

-Sunt molecule complexe ce se gasesc in principal in nucleu : ADN si ARN

-Sunt formati din molecule mai mici numite nucleotide

Un nucleotid este format din :

*pentoza ( monozaharid cu 5 atomi de C care poate fi deoxiriboza sau riboza)

* un grup fosfat

*o baza azotata : Adenina, Timina(ADN), Uracil, Citozina, Guanina (ARN).

APA

Reprezinta o componenta principala a materiei vi

La organismele pluricelulare realizeaza majoritatea mediului intern asigurand homeostazia

Deoarece se disociaza usor in protoni si ioni hidroxil are un caracter neutru

Apa pura nu este conducatoare de electricitate dar solutiile apoase din organismele vii sunt foarte bune conducatoare de electricitate.

Are un rol important in termoreglare, poate inmagazina cantitati mari de caldura, pt ca are caldura specifica mare.

Astfel poate transporta caldura de la locul de producere (ficat) la locul de eliminare.

-Datorita caldurii latente de eliminare reprezinta principalul disipator al caldurii produse de organism, impiedicand aparitia hipertermiei.

Aceasta disipare se face prin evaporarea apei

FIZIOLOGIE CELULARA

Citologia -este stiinta care se ocupa cu studiul celulelor

Celula-cea mai mica unitate structurala a organismelor vi

A fost descoperita de Robert Hooke in 1665.

Antonie van Leeuvenhoek este cel care a descoperit microscopul iar in 1674 a descris o celula vie la microscop.

In 1838 a fost formulata teoria celulara initial de catre Schleidev si Schwann ce a fost completata in 1858 de catre Virchow.

Teoria se refera la faptul ca celulele stau la baza constitutiei organismelor vi :

-toate vietatile sunt compuse din 1 sau mai multe celule

-celula este unitatea de baza a organismelor vi

-toate celulele provin din celule preexistente

Interpretarea moderna a teoriei celulare general acceptat este ca :

-celula este unutatea structurala si functionala a organismelor vi

-celulele provin din celule preexistente din diviziuni

-in interiorul celulei se desfasoara procese energetice, metabolice

-celulele contin informatii ereditare, respectiv ADN, care se transmit prin diviziunea celulara de la o celula la alta

-toate celulele au in general aceeasi compozitie chimica

-toate organismele vii cunoscute sunt alcatuite din celule

-anumie organisme sunt alcatuite dintr-o singura celula-> unicelulare iar altele din mai multe-> pluricelulare

-activitatea unui organism depinde in totalitate de activitatea celulelor individuale

Sunt si exceptii de la aceasta teorie :

-virusurile, sunt considerate organisme vii, nu au celule

-prima celula nu a provenit dintr-o celula (nu a fost celula dupa teoria celulara)

-cloroplastele la plante si mitocondriile au propriul material genetic si se reproduc independent de restul celulei.

S-au descris 2 tipuri de celule :

-procarioate ( fara nucleu definit)- prezente la bacterii , unele alge

-eucariote ( au nucleu bine definit) -prezente la protozoare si la toate metazoarele din care facem parte

Au un nucleu, o citoplasma numita citosol care are consistenta unui gel ; acest gel este continut intr-o membrana si contine anumite parti celulare mai mici numite organite celulare

Celulele -plantelor au peretele celular fibros

-animalelor au o membrana semipermeabila numita membrana plasmatica sau plasmalema

Fluidul intracelular al celulelor vii , citosolul, are o componenta diferita de cea a lichidului extracelular.

Sunt cantitati mari de ioni de K+, fosfati, anioni proteici in celula

Extracelular sunt cantitati mari de ioni de Na, Ca, Cl.

Compozitia e diferita si mentinuta asa prin anumite mecanisme.

Aceste diferente sunt necesare pt buna functionare a numeroase enzime :ex : sinteza unor proteine necesita cantitati mari de potasiu.

MEMBRANA CELULARA

-Are o grosime foare mica, 6-10 nm

- are rolul de a mentine aceste diferente de compozitie intre mediul intern si cel extern

-substantele necesare celulei sunt mentinute acolo iar cele care nu sunt necesare nu pot intra liber

-membrana celulara pastreaza in interiorul celulei metaboliti intermediari si proteinele care sunt costisitoare dpdv metabolic

Trebuie sa permita intrarea substantelor necesare metabolismului celular : glucoza, aa, anumite lipide, vitamine, etc si iesirea deseurilor metabolice

Pt aceasta membrana trebuie sa aiba permeabilitate selectiva ce se face prin anumite mecanisme de transport intre cele 2 fete ale membranei

Asemenea membranei semipermeabile inconjoara nu numai celula in totalitate dar si fiecare organit celular care necesita un mediu intern diferit de cel citoplsmatic

eX : nucleul, mitocondriile, reticulul endoplasmic, aparatul golgi ,lizozomii

STRUCTURA MEMBRANEI CELULARE

In 1972 Singer si Nicolson au propus modelul de mozaic fluid care este acceptat si astazi

In membrana plasmatica proteinele si lipidele sunt in proportii aproximativ egale.

Lipidele sunt aranjate intr-un strat dublu -bistrat la care sunt atasate mai multe feluri de proteine : unele sunt integrale si unele periferice-atasate unei fete sau alteia a stratului lipidic

Proteinele integrale pot strabate grosimea stratului lipidic chiar de mai multe ori.

Multe proteine membranare au molecule de carbohidrati.aceste molecule sunt cunoscute ca glicoproteine

Anumite proteine integrale plutesc in masa de lipide a membranei , altele sunt ancorate fie la interiorul celulei (la citoskeleton), fie la matricea extracelulara

Proteinele din membrana celulara au numeroase roluri :

-multe proteine periferice sunt enzime

- multe proteine integrale sunt transportori sau canale pt miscarea moleculelor hidrosolubile spre interiorul celulei sau spre exterior

-multe proteine au rol structural ( au rolul de a mentine forma de bisc biconcav la eritrocite)

-alte proteine joaca rol de receptori cum ar fi hormonii

Lipidele membranare sunt in principal fosfolipide si colesterol

FOSFOLIPIDELE sunt cele mai abundente ; ele formeaza bistratul fosfolipidic in care :

-spre exterior sunt orientate gruparile polare ale lor, grupari ce sunt hidrofile

-spre interior sunt orientate cozile moleculelor fosfolipidice formate din lanturi nepolare, care sunt hidrofobe

Printre aceste fosfolipide se gasesc si molecule de colesterol

Anumie fosfolipide numite sfingolipide se gasesc in cantitate mai mica in membrana celulara, in cantitati mai mari in neuroni

GLICOLIPIDELE sunt lipide ce contin glucide. Se gasesc in jumatatea exterioara a bistratului lipidic , molecula de glucid fiind orientata spre exterior.

Membrana celulara contine si COLESTEROL in proportie intre 10 si 50 % din totalul lipidelor membranare

Colesterolul are rolul de a stabiliza membrana celulara.

Cresterea cantitatii de colesterol din membrana celulara limiteaza miscarea lipidelor si proteinelor in membrana.

Sunt anumite functii celulare care necesita o libertate mai mare de miscare a anumitor proteine in planul membranei de ex : raspunsul imun la prezenta unui antigen

Atunci cand creste concentratia de colesterol si scade fluiditatea membranei celulare poate scadea raspunsul imun la prezenta unui antigen.

Membrana celulara are rolul de a izola celula ca unitate distincta si de a mentine integritatea acesteia ; reprezinta o bariera fata de mediul extern al celulei.

Membrana are deci o permeabilitate selectiva . Este permisa miscarea dintr-o parte in alta a membranei celulare prin diferite sisteme de transport:

TRANSPORT PASIV (fara consum de energie) :

-difuziune facilitata

-difuziune simpla

-osmoza

-filtrarea

TRANSPORT ACTIV (cu consum de energie) :

-Transport activ primar

-Transport activ secundar

TRANSPORTUL PASIV se realizeaza in sensul unor gradiente de concentratie , osmotice, fara consum de energie, nelimitat in timp , efectuandu-se pana la disparitia gradientului

DIFUZIUNEA

reprezinta raspandirea spontana sau migrarea moleculelor sau altor particule de la zona de concentratie mare la zona de concentratie mica pana cand cele 2 concentratii se egalizeaza

se face pasiv, fara consum de energie, in sensul gradientelor de concentratie electrochimice

Cand se atinge echilibrul difuziunea continua dar fluxul este egal in ambele sensuri

este un fenomen natural, un comportament asemanator cu miscarea Browniana. Cu cat molecula este mai mica si are concentratie mai mare se misca mai repede

Viteza de difuziune a unui solvit in apa depinde de diferentele de concentratie , de marimea moleculelor , de posibilele interactiuni dintre solvitul respectiv si apa. Acesti factori apar in legea lui FICK :

J=DA(C1-C2)/ /X

J-Fluxul de solvit din regiunea 1 in regiunea 2 a solutiei

D-coef de difuziune al solvitului

A-aria de sectiune prin care se masoara fluxul de solvit

C1,C2- concentratiile solvitului in regiunile 1,2

/X- distanta intre regiunile 1 si 2

O molecula poate difuza pasiv prin membrana celulara daca este liposolubila.

Daca este hidrosolubila nu poate trece direct, ci are nevoie de o molecula transportor care este o proteina.

Ionii si apa pot trece prin canale( proteine integrale ce au aceasta functie). Canalele pt apa s.n aquaporine.

Difuziunea fara ajutorul unui transportor s.n DIFUZIUNE SIMPLA , iar cea care se face cu ajutorul unui transportor s.n DIFUZIUNE FACILITATA si este tot o forma de transport pasiv facandu-se in sensul unor gradiente si fara consum de energie.

OSMOZA

Este o alta forma de transport pasiv similara difuziunii si indica miscarea unui solvent printr-o membrana semipermeabila, de la o zona cu concentratie mai mare spre o zona cu concentratie mai mica.

Solutiile sunt compuse din solvent -lichidul in care se dizolva o substanta si solvit-substanta dizolvata.

Osmoza se produce atunci cand exista o diferenta intre procentele de apa din solutiile aflate de o parte si de alta a membranei astfel ca apa trece prin porii membranei ?..

Membrana permite trece astfel numai miscarea apei dar nu si a particulelor dizolvate.

Transportul prin osmoza este afectat de concentratia solvitului( nr de particule in apa. O molecula sau ion de solvit disloca o molecula de apa.

Pe masura ce apa difuzeaza in celula creste presiunea hidrostatica in interiorul celulei. Forta aplicata din exterior pt a balansa legand presiunea hidrostatica este presiunea osmotica

Osmolaritatea este termenul utilizat pt a descrie concentratiile particulelor solvite.

TONICITATEA UNEI SOLUTII

O solutie este izotonica daca are acceasi concentratie de solvent si solvit la fel ca in interiorul celulei a.i o celula plasata intr-o solutie izotonica avea fluxuri egale de apa din interior spre exterior si din exterior spre interiorul celulei.

O solutie izotonica : NaCl 0,9% sau ser fiziologic

O solutie hipotonica are mai putin solvit si mai multa apa decat continut celular. Daca plasam o celula in mediu hipoton apa va intra in celula incat celula se umfla pana cand membrana cedeaza.

O solutie hipertonica are mai mult solvit si mai putina apa decat interiorul celulei normale. Daca plasam o celula in mediu hiperton apa va iesi din celula a.i aceasta isi micsoreaza dimensiunea, celula se vatatineaza.

O cantitate de substanta egala cu greutatea moleculara exprimata in grame contine intotdeauna un nr fix de molecule 6,02 * 10 la 23 ( nr lui Avogadro).

Aceasta unitate de greutate s.n MOL. Un mol dintr-o substanta reprezinta cantitatea in grame egala cu greutatea moleculara.

Daca se dizolva un mol de substanta in apa pt a obtine 1 L de solutie se obtine o solutie molara ( 1M ). O solutie molara (1M) este solutia ce contine 1 mol de solvit dizolvat la 1 kg de apa.

FILTRAREA

Se realizeaza prin trecerea apei printr-o membrana biologica in sensul unui gradient presional hidrostatic.

Odata cu apa, pot trece substante cu molecula mica

TRANSPORTUL ACTIV

Se efectueaza impotriva gradientelor , cu consum de energie si cu ajutorul unui transportor, fiind limitat in unitati de timp.

1.TRANSPORTUL PRIMAR ACTIV

Este dependent de energia rezultata prin scindarea ATP de catre transportor , care are actiune ATP-azica

Un ex este pompa de Na/K ce leaga 3 molecula de Na la interiorul celulei si 2 molecule de k la exterior ; scindeaza ATP-ul si-si modifica concentratia incat la exterior cei 3 ioni de Na si introduce cei 2 ioni de K.

2.TRANSPORTUL SECUNDAR ACTIV

PT transportul unei substante impotriva gradientului de concentratie se foloseste energia obtinuta din transportul unui ion in sensul gradientului de concentratie

In acest caz exista un transportor care cupleaza substanta respectiva cu ionii.

Transportul glucozei poate fi cuplat cu Na - Na este transportat de la exterior spre interior in sensul gradientului de concentratie.

Acest transportor nu contine energie. Energia poate fi utilizata ulterior de pompa Na/K..

Daca ionul si substanta sunt transportate in acelasi sens, ca la glucoza, transportul s.n SIMPORT SAU COTRANSPORT.

In cazul in care ionul si substanta in directii opuse s.n ANTIPORT SAU CONTRATRANSPORT,

Sistemele de transport pot fi :

-uniport-transporta o subst intr-un singur sens ; ex :la difuziunea facilitata

-simport-cand sunt transportate 2 substante in acelasi sens

-antiport- cand sunt transportate 2 substante in sensuri diferite

Polipeptidele, proteinele si alte molecule prea mari pt a putea fi transportate prin membrana prin mecanismele descrise pot fi transportate prin EXOCITOZA sau ENDOCITOZA.

EXOCITOZA reprezinta transportul unor molecule din interior spre exterior, aceste molecule aflandu-se intr-o vezicula a carei membrana fuzioneaza cu membrana celulara incat se formeaza un por prin care moleculele din vezica vor iesi la exterior , membrana veziculei va fi inglobata in membrana celulara si ulterior retrasa.

ENDOCITOZA-proces invers.