“Teachers are not only content providers, they are designers of learning experiences” Cristina Cătană

Obiectivele Biochimiei Lippincott.Biochimie Ilustrată Olteanu I. Biochimie Descriptivă Atanasiu V. Biochimie Medicală Marks. Basic Medical Biochemistry Peter N. Campbell, Anthony D. Smith. Biochimie Ilustrata

Obiectivele Biochimiei Biochimia zilelor noastre stă la baza biologiei moleculare explicarea şi înţelegerea organizării moleculelor precum şi a modului cum interacţionează între ele pentru a menţine viabilitatea fiinţei umane

Obiectivele Biochimiei Sunt vizate trei aspecte: Biochimia descriptivă- consituienţii biologici: glucide, lipide, proteine, acizi nucleici, vitamine Enzimologia- Studiul mecanismelor reacţionale care necesită intervenţia catalizatorilor

Obiectivele Biochimiei Biochimia metabolică- căile de formare şi degradare a macromoleculelor din celulele vii: metabolism glucidic, lipidic, al aminoacizilor, hemoglobinei, bazelor purinice, fosfocalcic, al fierului, al xenobioticelor

Apa, Acizii, Bazele şi Soluţiile tampon Corpul uman este reprezentat în proporţie de aproximativ 60% de apă care acţionează ca solvent pentru substanţele de care avem nevoie K+, glucoză, ATP şi proteine În ea se găsesc celulele, se dizolvă şi se transportă constituienţii din sânge; oferă un mediu necesar mişcării moleculelor; prin intermediul ei este disipată căldura, participă la reacţiile chimice

Apa, Acizii, Bazele şi Soluţiile tampon la copii 75% din greutatea corpului Deoarece grăsimea se asociază cu relativ puţină apă, persoanele obeze tind să aibă un procent de apă mai mic decât cei mai slabi, femeile decât bărbaţii, persoanele în vârstă faţă de tineri.

APA, ACIZII, BAZELE ŞI SOLUŢIILE TAMPON Majoritatea constituienţilor produşi în organism şi dizolvaţi în apă conţin grupări chimice ce funcţionează ca Acizi sau Baze cedând sau acceptând ioni de hidrogen Conţinutul de protoni şi cantitatea de apă au rol în menţinerea homeostaziei celulare, acidoza sau deshidratarea putând să afecteze viaţa

APA, ACIZII, BAZELE ŞI SOLUŢIILE TAMPON Este distribuită între compartimentul intra- (40%) şi extracelular (60%), ultimul incluzând fluidele interstiţiale, sângele şi limfa Apa transcelulară este o mică şi specializată parte a apei extracelulare care include secreţiile gastrointestinale, urina, sudoraţia, precum şi fluidul care străbate peretele capilar din cauza creşterii presiunii hidrostatice sau a inflamaţiei.

APA, ACIZII, BAZELE ŞI SOLUŢIILE TAMPON Moleculă dipolară cu o distribuţie inegală a electronilor între atomii de hidrogen şi oxigen, formând legături de hidrogen cu alte molecule polare şi funcţionând ca solvent Atomul de oxigen prezintă doi electroni nepereche care formează un nor dens de electroni în jurul ei. Acest nor este situat deasupra şi dedesubtul planului format de molecula de apă

APA, ACIZII, BAZELE ŞI SOLUŢIILE TAMPON Legăturile de hidrogen ale apei În legătura covalentă dintre atomii de oxigen şi hidrogen, electronii nepereche sunt atraşi spre oxigen, acesta fiind încărcat parţial negativ, iar atomul de hidrogen parţial pozitiv Partea moleculară ce conţine oxigenul este mai electronegativă decât a hidrogenului, molecula fiind dipolară.

APA, ACIZII, BAZELE ŞI SOLUŢIILE TAMPON Legătura de hidrogen este o interacţiune slabă necovalentă între hidrogenul unei molecule şi atomul mai electronegativ al unei molecule acceptoare Oxigenul din apă formează legături de hidrogen cu alte două molecule de apă, fiecare moleculă de apă fiind în interacţiune prin legături de hidrogen cu aproximativ patru molecule de apă învecinate într-o reţea tridimensională de fluid

APA, ACIZII, BAZELE ŞI SOLUŢIILE TAMPON

APA, ACIZII, BAZELE ŞI SOLUŢIILE TAMPON Moleculele organice polare şi sărurile anorganice se dizolvă în apă deoarece apa formează atât legături de hidrogen cât şi interacţiuni electrostatice cu aceste molecule Moleculele organice conţinând în proporţie ridicată atomi electronegativi (oxigen sau azot) sunt solubile în apă deoarece aceşti atomi participă la formarea legăturii de hidrogen cu moleculele de apă

APA, ACIZII, BAZELE ŞI SOLUŢIILE TAMPON Anionii de clor şi bicarbonat precum şi alţi anioni sunt încon- juraţi de de un strat de hidratare format din moleculele de apă cu atomul de hidrogen cât mai aproape de anion Atomul de oxigen al moleculelor de apă interacţionează cu cationii anorganici Na+ şi K+, înconjurându-i cu un strat de hidratare.

APA, ACIZII, BAZELE ŞI SOLUŢIILE TAMPON Deşi legăturile de hidrogen sunt suficient de puternice să dizolve moleculele polare în apă şi să separe sarcinile, sunt destul de slabe să permită mişcarea apei şi a moleculelor dizolvate Tăria unei legături de hidrogen dintre două molecule de apă este de aproximativ 4 kcal, reprezentând 1/20 din cea a legăturii covalente O- H din molecula de apă

APA, ACIZII, BAZELE ŞI SOLUŢIILE TAMPON Reţeaua de apă este dinamică având multe legături care sunt în permanenţă rupte şi refăcute. O legătură de hidrogen între moleculele de apă durează în medie 10 psec, iar fiecare moleculă de apă din stratul de hidratare a unui ion se menţine 2,4 nsec Ca urmare, legăturile de hidrogen dintre moleculele de apă şi alte molecule polare disociază şi se formează continuu, permiţând transportul prin apă al substanţelor, iar apei să traverseze canalele membranelor celulare.

APA, ACIZII, BAZELE ŞI SOLUŢIILE TAMPON pH-ul apei Apa este neutră, nici acidă, nici bazică Apa disociază în mică măsură pentru a forma ioni de hidrogen (H+) şi hidroxil (HO-). Concentraţia ionilor de hidrogen determină aciditatea unei soluţii, exprimată sub forma pH-ului

APA, ACIZII, BAZELE ŞI SOLUŢIILE TAMPON Gradul de disociere al moleculelor de apă în H+ şi HO- este redus, concentraţia ionilor de hidrogen în apa pură fiind de numai 0, 0000001M sau 10-7 mol/L pH-ul apei pure este de 7. Constanta de disociere a apei, Kd, stabileşte relaţia dintre concentraţia ionilor de hidrogen, [H+], concentraţia ionilor hidroxil, [HO-] şi concentraţia apei, [H2O] la echilibru

APA, ACIZII, BAZELE ŞI SOLUŢIILE TAMPON

APA, ACIZII, BAZELE ŞI SOLUŢIILE TAMPON

APA, ACIZII, BAZELE ŞI SOLUŢIILE TAMPON

APA, ACIZII, BAZELE ŞI SOLUŢIILE TAMPON

APA, ACIZII, BAZELE ŞI SOLUŢIILE TAMPON

APA, ACIZII, BAZELE ŞI SOLUŢIILE TAMPON

APA, ACIZII, BAZELE ŞI SOLUŢIILE TAMPON

APA, ACIZII, BAZELE ŞI SOLUŢIILE TAMPON Un pH de 7 se numeşte neutru întrucât [H+] şi [HO-] sunt egale Soluţiile acide au o concentraţie a ionilor de hidrogen mai mare şi o concentraţie de ioni hidroxid mai mică decât apa pură ( pH < 7) Soluţiile bazice au au o concentraţie a ionilor hidroxil mai mare şi o concentraţie a ionilor de hidrogeni mai mică (pH > 7).

APA, ACIZII, BAZELE ŞI SOLUŢIILE TAMPON

APA, ACIZII, BAZELE ŞI SOLUŢIILE TAMPON

APA, ACIZII, BAZELE ŞI SOLUŢIILE TAMPON

APA, ACIZII, BAZELE ŞI SOLUŢIILE TAMPON

APA, ACIZII, BAZELE ŞI SOLUŢIILE TAMPON Organismul produce prin metabolism un număr de acizi care creşte concentraţia ionilor de hidrogen a sângelui sau a altor lichide şi reduce pH-ul Aceşti acizi importanţi din punct de vedere metabolic pot fi clasificaţi în acizi slabi şi acizi puternici, în funcţie de gradul de disociere în ioni de hidrogen şi o bază (componenta anionică) Acizii anorganici, precum acidul sulfuric şi acidul clorhidric sunt acizi puternici care disociază complet în soluţie.

APA, ACIZII, BAZELE ŞI SOLUŢIILE TAMPON Acizii sunt substanţe care eliberează protoni, iar bazele care acceptă protoni Dizolvate în apă, majoritatea moleculelor unui acid puternic disociază şi eliberează ioni de hidrogen, în timp ce moleculele unui acid slab disociază numai într-un procent foarte mic Un acid slab are o constantă de disociere caracteristică şi notată cu Ka. Relaţia dintre pH-ul unei soluţii, Ka şi gradul de disociere este stabilită de ecuaţia Henderson- Hasselbalch.

APA, ACIZII, BAZELE ŞI SOLUŢIILE TAMPON Acizii organici conţinând grupări carboxilice (acidul acetoacetic şi β-hidroxibutiric) sunt acizi slabi care disociază într-o anumită măsură în apă În general, un acid slab (HA), numit acid conjugat, disociază într-un ion de hidrogen şi o componentă anionică (A-) sau baza conjugată Numele acidului nedisociat frecvent se finalizează în „ic” (acidul acetoacetic), în timp ce numele componentei anionice disociate în „ate” (acetoacetat).

APA, ACIZII, BAZELE ŞI SOLUŢIILE TAMPON Tendinţa acidului HA de a disocia şi de a elibera un ion de hidrogen în soluţie este indicată de Ka, constanta de echilibru pentru disocierea unui acid slab Cu cât Ka este mai mare, cu atât tendinţa de a disocia un proton este mai mare HA  A- + H+ Ka = [A-] [ H+] / [HA]

APA, ACIZII, BAZELE ŞI SOLUŢIILE TAMPON În ecuaţia Henderson- Hasselbalch, formula pentru constanta de disociere a unui acid slab este convertită într-o ecuaţie logaritmică, în care pKa reprezintă logaritmul negativ al Ka pH = pKa + log [A-] / [HA] Dacă se ştie pKa pentru un acid slab, ecuaţia poate fi folosită pentru a calcula raportul dintre formele neprotonată şi protonată la orice pH La un pH egal cu pKa un acid slab este disociat în proporţie de 50%.

APA, ACIZII, BAZELE ŞI SOLUŢIILE TAMPON Majoritatea acizilor carboxilici rezultaţi din metabolism au pKa cuprins între 2 şi 5, în funcţie de prezenţa altor grupări ale moleculei Valoarea lui pKa reflectă tăria acidului. Acizii cu un pKa de 2 sunt mai puternici decât cei cu un pKa de 5 deoarece, indiferent de pH, o proporţie mai mare este disociată.

APA, ACIZII, BAZELE ŞI SOLUŢIILE TAMPON Acizii şi bazele rezultate din metabolism Metabolismul normal produce CO2, acid lactic şi corpi cetonici, precum şi acizi anorganici (acid sulfuric) Sursa majoră de acizi o constituie CO2 care reacţionează cu apa pentru a produce acidul carbonic

APA, ACIZII, BAZELE ŞI SOLUŢIILE TAMPON În vederea menţinerii pH-ului din fluidele organismului la valori compatibile cu viaţa, organismul prezintă mai multe sisteme tampon: bicarbonat, fosfat, al hemoglobinei În cele din urmă, mecanismele respiratorii îndepărtează acidul carbonic prin expirarea CO2, iar rinichii prin excreţia acidului sub formă de ioni de amoniu (NH4+) sau alţi ioni. Producţia zilnică de acid rezultat dintr-un metabolism normal este de aproximativ 13-22 moli.

Exemple

Exemple 1. Diana are 26 ani (studentă) şi a fost diagnosticată cu diabet zaharat tip I de la vârsta de 12 ani Are un deficit total de insulină rezultat din distrucţia autoimună a celulelor β pancreatice , fiind dependentă de administrarea zilnică a insulinei injectabile pentru a preveni nivelul ridicat al glicemiei şi al corpilor cetonici Diana nu s-a trezit din somnul de după-masă, iar colega de cameră s-a speriat şi a chemat o ambulanţă fiind dusă de urgenţă la spital în stare de comă. Colega ei a relatat faptul că Diana a prezentat în ultimele 24 ore stare de greaţă, somnolenţă şi vărsaturi.

Exemple La examenul clinic s-a constatat că pacienta era deshidratată şi cu presiunea sangvină scăzută. Respiraţiile erau profunde şi rapide, pulsul ridicat. Respiraţia avea halenă acetoinică Analizele probelor de sânge au constat în: măsurarea pH-ului arterial, a presiunii arteriale parţiale a CO2, PaCO2, glucozei serice, bicarbonatului seric

Exemple În plus, s-a verificat prezenţa corpilor cetonici în urină şi ser şi i s-a administrat iv ser fiziologic şi insulină Rezultatele de laborator au arătat că: pH = 7,08 (IBR= 7,36- 7,44) prezenţa corpilor cetonici în sânge şi urină glicemia este de 648 mg/dL (IBR= 80-110mg/dL a jeun) şi < 200 mg/dL în orice moment al zilei

Exemple

Exemple Prima explicaţie În diabet există cetoacidoză Dacă insulina nu este administrată în doză corespunzătoare ea rămâne intr-o stare similară cu perioada a jeun deşi pacienta s-a alimentat, neexistând producţie endogenă

Exemple Ficatul continuă să metabolizeze acizii graşi până la corpii cetonici acidul acetoacetic şi β-hidroxibutiric Aceştia sunt acizi slabi care vor disocia cu producere de anioni, acetoacetat şi β-hidroxibutirat şi ioni de hidrogen ce determină: Scăderea pH-ului sangvin şi celular sub IBR.

APA, ACIZII, BAZELE ŞI SOLUŢIILE TAMPON Sistemele tampon Sunt compuse din acidul nedisociat şi baza sa conjugată (acidul care a pierdut un proton) astfel încât soluţia să reziste variaţiilor de pH cauzate de adăugarea unor cantităţi mici de acid sau de bază. Capacitatea de tamponare este maximă pe domeniul pH= pKa ± 1 Eficienţa capacităţii de tamponare a unui sistem tampon depinde de doi factori: pKa şi concentraţia soluţiei.

APA, ACIZII, BAZELE ŞI SOLUŢIILE TAMPON Apa şi reglarea temperaturii corpului Structura apei permite deasemenea rezistenţa la schimbările de temperatură. Este nevoie de o scădere puternică a temperaturii pentru a converti apa din starea lichidă în cea solidă a gheţii Conductivitatea termică a apei este mare, facilitând disiparea căldurii din ariile ce folosesc multă energie precum creierul spre sânge şi rezerva totală de apă din organism.

APA, ACIZII, BAZELE ŞI SOLUŢIILE TAMPON Capacitatea de încălzire şi căldura de vaporizare sunt extrem de mari; pentru ca apa lichidă să treacă în stare gazoasă şi să se evapore din piele apare senzaţia de rece Apa răspunde la creşterea temperaturii prin reducerea extinderii legăturilor de hidrogen, în timp ce la răcirea temperaturii prin creşterea numerică a legăturilor intermoleculare

Apa, Acizii, Bazele şi Soluţiile tampon Electroliţii Atât lichidul extracelular cât şi cel intracelular conţin electroliţi, în primul rând bicarbonat, anioni anorganici şi cationi. Electroliţii sint distribuiţi inegal între cele două compartimente; Na+ şi Cl- sunt electroliţii majori din lichidul extracelular (plasma şi lichidul interstiţial), iar K+ şi fosfaţii precum (HPO4)2- sunt electroliţii intracelulari majoritari Distribuţia este menţinută în principal cu ajutorul transportorilor activi care pompează Na+ înafara celulelor în schimbul K+.

APA, ACIZII, BAZELE ŞI SOLUŢIILE TAMPON Osmolaritatea Apa se distribuie între diferitele compartimente lichidiene în funcţie de concentraţia substanţelor dizolvate sau de osmolaritatea fiecărui compartiment Osmolaritatea unei soluţii este proporţională cu concentraţia totală a moleculelor dizolvate, incluzând ionii, metaboliţii organici şi proteinele (frecvent exprimată în mOsm/kg) Membrana celulară care separă compartimentele extra- şi intracelular este semipermeabilă şi conţine un număr de canale ionice prin care apa difuzează liber, dar alte molecule nu În acelaşi mod, apa poate difuza prin capilare separând lichidul interstiţial de plasmă.

APA, ACIZII, BAZELE ŞI SOLUŢIILE TAMPON Ca urmare, apa va trece dintr-un compartiment cu o concentraţie mică a substanţelor dizolvate spre unul de concentraţie superioară în vederea egalizării osmolarităţii de o parte şi de alta a membranei Forţa necesară menţinerii aceleiaşi cantităţi de apă în compartimentele intra- şi extracelular se numeşte presiune osmotică.

APA, ACIZII, BAZELE ŞI SOLUŢIILE TAMPON Pe măsură ce se pierde apa dintr-un compartiment, ea va fi înlocuită cu apa din alt compartiment pentru a menţine osmolaritatea aproape constantă Sângele conţine proteine încărcate negativ în cantitate mare, precum şi electroliţi necesari pentru a-i contrabalansa

APA, ACIZII, BAZELE ŞI SOLUŢIILE TAMPON Întrucât apa va trece din sânge în urină pentru a echilibra excreţia de ioni, volumul sangvin va fi reumplut cu apă din spaţiul interstiţial Când osmolaritatea sângelui şi a lichidului interstiţial este prea mare, apa iese din celule. Pierderea apei intracelulare apare şi în hiperglicemie, deoarece concentraţia crescută de glucoză creşte osmolaritatea sângelui.

Exemple În urgenţă, Diana a fost rehidratată prin administrarea iv a unei soluţii de NaCl 0,9%. De ce nu s-a utilizat apă în locul serului fiziologic? De ce a intrat în comă?

Exemple 0,9% NaCl sunt de fapt 0,9 g NaCl/100mL sau 9g/L. NaCl are o greutate moleculară de 58g/mol, deci concentraţia unei soluţii saline izotone este de 0,155M sau 155mM. Dacă tot NaCl ar fi disociat în Na+ şi Cl-, osmolaritatea ar fi de 310 mOsm/kg apă NaCl nu este complet disociat şi o parte a straturilor de hidratare înconjoară moleculele nedisociate de NaCl, osmolaritatea soluţiei izotone este de aproximativ 290mOsm/kg H2O

Exemple Osmolaritatea plasmei, lichidului interstiţial şi a celui intracelular este deasemenea de aproximativ 290mOsm/kg apă Este recomandată administrarea iv a soluţiei izotone pentru a nu exista schimburi mari de apă între diferite compartimente.

Exemple În diabetul zaharat există diureză osmotică. Deoarece nivelul glucozei şi al corpilor cetonici în sânge este ridicat, aceste componente trec din sânge în filtratul glomerular renal şi în urină Ca o consecinţă a osmolarităţii crescute a filtratului glomerular, în urină este excretată mai multă apă decât de obicei Pacienta cu diabet prezintă poliurie (volum urinar crescut)

Exemple Ca urmare a pierderii de apă din sânge în urină, apa va trece din celule în spaţiul interstiţial şi de aici în sânge, rezultând o deshidratare intracelulară Celulele deshidratate din creier sunt incapabile să-şi realizeze funcţiile normale, pacienta intrând în comă.

Soluţiile tampon Sunt amestecuri formate dintr-un acid slab şi baza sa conjugată (acid acetic şi acetat de sodiu) sau dintr-o bază slabă şi sarea ei cu un acid tare (etil amină şi clorură de etil amoniu) acidul acetoacetic şi β-hidroxibutiric (corpii cetonici) sunt acizi slabi care disociază parţial la H+ şi baza conjugată se opun variaţiilor de pH atunci când se adaugă cantităţi limitate de acid sau bază

Soluţiile tampon Cu cât concentraţia de soluţie tampon este mai ridicată cu atât eficienţa acesteia este mai mare întrucât conţine mai multe molecule de tampon pe unitatea de volum care vor disocia sau se vor combina cu ionii de hidrogen Media activităţii metabolice este de aproximativ 22000mEq de acid pe zi. Dacă toată cantitatea ar fi dizolvată în lichidele organismului fără sisteme tampon, pH-ul lor ar fi mai mic decât 1.

Soluţiile tampon Sistemele tampon funcţionale din organismul uman sunt: H2CO3/NaHCO3- extracelular, plasmă Proteină/Proteinat de Na- extracelular, plasmă NaH2PO4/Na2HPO4- extracelular, plasmă Deoxi-Hb/Oxi-Hb- intracelular, eritocite KH2PO4/KHPO4- intracelular

Soluţiile tampon pH-ul sangvin este menţinut între 7,36 şi 7,44 cu un pH intracelular de aproximativ 7,1 ( între 6,9 şi 7,4) Până la excreţia acidului produs sub formă de CO2 în aerul expirat sau de ioni în urină, este nevoie de neutralizare la nivelul sistemelor tampon majore ale organismului: 1. bicarbonat-acid carbonic, care operează în special extracelular 2. al hemoglobinei în hematii 3. fosfat în toate tipurile de celule 4. proteic în celule şi plasmă.

Soluţiile tampon Sistemul tampon al bicarbonatului- cel mai important Principala sursă de acizi metabolici a organismului o reprezintă CO2, produs în principal prin oxidarea combustibililor la nivelul ciclului Krebs În condiţii metabolice normale, sunt generaţi 13 moli de CO2 pe zi ( aproximativ 0,5- 1kg). Dizolvat în apă, va reacţiona cu aceasta producând acid carbonic, reacţie accelerată de anhidraza carbonică

Soluţiile tampon Acidul carbonic obţinut este un acid slab care disociază parţial în H+ şi HCO3- pKa pentru acidul carbonic este 3,8. La un pH sangvin de 7,4 acidul este aproape complet disociat şi teoretic incapabil să neutralizeze şi să genereze bicarbonat.

Soluţiile tampon Totuşi, acidul carbonic poate fi refacut din CO2 deoarece concentraţia de gaz dizolvat în sânge este de 500 de ori mai mare decât a acidului carbonic CO2 dizolvat este în echilibru cu cel din aerul alveolar pulmonar, disponibilitatea lui fiind crecută sau scăzută prin ajustarea frecvenţei respiratorii şi a cantităţii de CO2 expirat.

Soluţiile tampon pKa pentru sistemul tampon al bicarbonatului combină astfel Kh ( constanta de hidratare a sau de solubilitate a CO2 în apă în vederea formării de H2CO3) cu valoarea chimică a pKa obţinându-se 6,1 [HCO3-] – concentraţia bicarbonatului în sânge [H2CO3] – concentraţia acidului carbonic în sânge, care se calculează din relaţia Kh este aproximativ 0,03 (mmol/L)/mmHg, iar pCO2 este presiunea parţială a gazului în sângele arterial.

Soluţiile tampon Din cele două relaţii va rezulta una singură şi anume în care pH- exprimă aciditatea sângelui.

Perturbări ale echilibrului acido-bazic

Lacuna anionică (Anionic Gap- AG)

Perturbări ale echilibrului acido-bazic

Acidoza metabolică

Perturbări ale echilibrului acido-bazic

Acidoza respiratorie

Perturbări ale echilibrului acido-bazic

Alcaloza metabolică

Perturbări ale echilibrului acido-bazic

Alcaloza respiratorie

Explorarea echilibrului acido-bazic

Explorarea echilibrului acido-bazic

EXPLORAREA ECHILIBRULUI ACIDO-BAZIC

Explorarea echilibrului acido-bazic

Sisteme tampon Bicarbonatul şi hemoglobina din hematii Sistemul tampon al bicarbonatului şi hemoglobina din hematii cooperează pentru a menţine pH-ului sangvin precum şi pentru transportul CO2 la plămâni.

Sisteme tampon Cea mai mare parte a CO2 rezultat din metabolismul tisular la nivelul ciclului citric difuzează în lichidul interstiţial, plasma sangvină şi ulterior în hematii Deşi nu există anhidrază carbonică în plasmă sau lichidul interstiţial, hematiile conţin enzima în cantitate mare, dioxidul de carbon fiind rapid convertit la acid carbonic Întrucât acidul carbonic disociază, protonul eliberat este tamponat deasemenea prin combinarea lui cu hemoglobina.

Sisteme tampon Catena laterală a histidinei din hemoglobină are pKa de 6.7, fiind capabilă să accepte un proton (<pH sg-forma protonată) Anionul bicarbonat este transportat dinafara hematiei în sânge în schimbul ionului de clor, anionul bicarbonat fiind în concentraţie relativ crescută în plasmă Deoarece hematiile se învecinează cu plămânul, echilibrul se inversează.

Sisteme tampon CO2-ul este eliberat din hematii, rezultând mai mult acid carbonic ce va disocia până la CO2 şi apă, iar ionii de hidrogen în proporţie mai mare se vor combina cu bicarbonatul. Hemoglobina pierde o parte din protoni, o trăsătură ce îi va permite să fixeze oxigenul mai uşor În concluzie, sistemul tampon al bicarbonatului este în interdependenţă strânsă cu eliberarea oxigenului la ţesuturi.

Sisteme tampon Bicarbonatul şi acidul carbonic difuzând prin peretele capilar din sânge în lichidul interstiţial, oferă o capacitate de tamponare importantă atât pentru plasmă cât şi pentru lichidul interstiţial Totuşi sângele diferă de lichidul interstiţial prin conţinutul crescut de proteine, precum albumina care contribuie la tamponare prin intermediul aminoacizilor din catenele laterale, capabili să accepte şi să cedeze protoni. Conţinutul proteic al lichidului interstiţial este prea mic pentru a fi un buffer eficient

Sisteme tampon Centrul respirator hipotalamic reglator al frecvenţei respiratorii este sensibil la modificările de pH Dacă pH-ul scade respiraţia devine mult mai rapidă, CO2 fiind expirat în proporţie mai mare. Scăderea pH-ului sangvin antrenează hipoventilaţia pulmonară Astfel, frecvenţa respiratorie contribuie la reglarea pH-ului modificând conţinutul de dioxid de carbon dizolvat în sânge.

Exemple Un alt exemplu de acidoză metabolică ar fi ingerarea de aspirină (acid acetilsalicilic) de către o fetiţă de 3 ani, nesupravegheată atent de bunica ei de 60 ani, aflată în depresie după decesul soţului şi asociată cu o perioadă de malnutriţie. Fetiţa avea în cavitatea bucală tabletele de aspirină pe care le-a aruncat, neştiindu-se exact câte a înghiţit. În plus, prezenta hiperventilaţie.

Exemple Acidul acetilsalicilic este convertit rapid la acid salicilic în organism. Efectul iniţial al aspirinei este de a produce alcaloză respiratorie cauzată de stimularea centrilor de control al respiraţiei din hipotalamus. Ca urmare, creşte frecvenţa respiratorie şi expiraţia în CO2, rezultând acidoza metabolică prin disocierea acidului salicilic la salicilat şi H+ (Ka = 3,5).

Exemple Salicilatul interferă cu producţia mitocondrială de ATP, rezultând o creştere a generării de CO2 şi o acumulare de lactat precum şi a altor acizi organici în sânge. Consecutiv, salicilatul poate afecta funcţia renală cu acumularea acizilor puternici de origine metabolică, acidul sulfuric şi fosforic. Frecvent, copiii care au ingerat aspirină în cantităţi toxice prezintă acidoză de când se prezintă în urgenţă.

Sisteme tampon pH-ul intracelular Anionii fosfat şi proteinele sunt principalele sisteme tampon implicate în menţinerea unui pH intracelular constant Anionul de fosfat anorganic H2PO4(-) disociază în H+ şi baza conjugată, H2PO4(2-) cu un pKa de 7,2 Anionul fosfat joacă un rol major ca buffer intracelular în hematii şi alte tipuri de celule a căror concentraţie în fosfat este superioară celei din sânge şi lichidul interstiţial.

Sisteme tampon pH-ul intracelular Anionii de fosfat organic, precum glucozo-6-fosfatul şi ATP, funcţionează ca sistem tampon Lichidul intracelular conţine o cantitate crescută de proteine cu histidină în componenţă precum şi alţi aminoacizi care acceptă protoni într-un mod similar cu al hemoglobinei.

Sisteme tampon pH-ul intracelular Transportul ionilor de H+ înafara celulei este deasemenea important pentru menţinerea constantă a pH-ului Există şi alţi acizi înafara CO2 care rezultă din metabolism. De exemplu, acidul acetoacetic şi β-hidroxibutiric rezultă din oxidarea acizilor graşi la corpi cetonici în ficat, în timp ce acidul lactic este produs prin glicoliza musculară sau din alte ţesuturi pKa pentru majoritatea acizilor carboxilici metabolici este mai mic decât 5, aceştia fiind complet disociaţi la pH-ul sângelui şi al lichidului intracelular.

Sisteme tampon pH-ul intracelular Anionii metabolici sunt transportaţi înafara celulei împreună cu H+ Dacă spaţiul intracelular devine prea acid, mai mulţi protoni vor fi transportaţi în schimbul ionilor de Na+ cu ajutorul unui transportor diferit Dacă celula devine prea alcalină, mai mult bicarbonat va fi transportat înafară în schimbul ionilor de Cl-.

Sisteme tampon Ionii de hidrogen, amoniu şi fosfat din urină Acidul nevolatil produs ca rezultat al metabolismului nu poate fi îndepărtat sub forma CO2 expirat, fiind excretat prin urină Cea mai mare parte a H+ de acid nevolatil este excretată ca acid nedisociat care, în general, tamponează pH-ul urinar între 5,5-7. pH-ul de 5 este pH-ul urinar minim. Secreţia acidă cuprinde: acizii anorganici precum anionul de fosfat şi de amoniu, acidul uric, acizii dicarboxilici şi acizii tricarboxilici (acidul citric).

Sisteme tampon Ionii de hidrogen, amoniu şi fosfat din urină Acidul sulfuric reprezintă una din sursele majore de acizi nevolatili şi este produs ca urmare a ingestiei de compuşi cu sulf sau din metabolismul cisteinei şi metioninei Este un acid puternic care disociază în H+ şi anion sulfat SO42- în sânge şi urină. Excreţia urinară de H2PO42- favorizează îndepărtarea acidului Pentru a menţine homeostazia metabolică trebuie excretată o cantitate egală de fosfat în urină cu cea ingerată ca anioni de fosfat sau fosfaţi organici din fosfolipide. Prezenţa fosfatului în urină ca H2PO4- sau HPO4 2- depinde de pH-ul urinar sau sangvin.

Exemple Ionii de amoniu sunt acizi care disociază pentru a forma baza conjugată, amoniacul şi ionii de hidrogen Sub ce formă se găseşte în sânge şi în urină? (pKa= 9,25)

Exemple Valoarea lui pKa de disociere a ionilor de amoniu este de 9,25; pHsg.< pKa; pH urinar < pKa Astfel, forma acidă a conjugatului nedisociat, NH4+ predomină la pH-ul fiziologic sangvin de 7,4 şi urinar de 5,5- 7,0. Amoniacul este o bază conjugată neobişnuită deoarece nu este un anion.

Sisteme tampon Acidul clorhidric denumit şi acid gastric este excretat de celulele parietale ale stomacului şi contribuie la denaturarea proteinelor ingerate ce vor fi supuse digestiei enzimatice Conţinutul stomacului este deversat în lumenul intestinal şi neutralizat de bicarbonatul secretat de celulele pancreatice şi intestinale.

Starea de deshidratare Deshidratarea sau pierderea de apă apare când ingestia de lichide şi sare este mai mică decât rata de filtrare glomerulară şi pierderile de volum extrarenal Într-un status hipovolemic real, apa totală din organism, volumul extracelular funcţional şi cel intracelular sunt scăzute Una dintre cauzele de hipovolemie este ingestia de apă care este inadecvată pentru a reechilibra volumul de excreţie zilnic (menţinerea homeostaziei lichidiene) Cantitatea de apă pierdută la nivel renal este determinată de cantitatea de apă necesară pentru a dilua ionii, acizii şi alte substanţe dizolvate

Starea de deshidratare Atât excreţia urinară de substanţe cât şi pierderea de apă în aerul expirat în cantitate de aproape 400 mL / zi apare în perioadele de post cât şi în perioadele cu alimentaţie normală Astfel, persoanele neufragiate continuă să piardă apă în aerul expirat şi urină în plus faţă de pierderile de apă din tegument şi glande sudoripare Pacienţii comatoşi şi cei incapabili să înghită continuă să fie deshidrataţi şi să devină deshidrataţi, la fel şi cei cu disfagie (alimentele sunt o sursă de apă) sau cu leziuni cerebrale.

Starea de deshidratare Deshidratarea poate apărea secundar pierderilor excesive de apă prin rinichi, plămâni şi piele Pierderea de apă la nivel renal este rezultatul funcţiei renale afectate sau a răspunsului redus hormonii care reglează balanţa hidrică: hormonul antidiuretic (ADH) şi aldosteronul În diabet apare diureza osmotică datorată concentraţiei crescute de corpi cetonici, glucoză şi alte substanţe dizolvate în urină

Starea de deshidratare Dacă pierderea renală de apă este asociată cu acidoza, atunci apare hiperventilaţia, crescând cantitatea de apă pierdută prin aerul expirat Pierderile respiratorii de apă apar ca rezultat al traheostomiei sau injuriei cerebrale Pierderea excesivă de apă şi electroliţi prin piele determină apariţia arsurilor extinse.

Starea de deshidratare Pierderile gastrointestinale de apă cauzează deshidratare Aproximativ 8-10 litri de apă sunt excretaţi zilnic în lumenul intestinal În mod normal, mai mult de 90% din lichid este reabsorbit intestinal Procentul este scăzut de vomă, diaree, tub de dren gastric sau pierderi de apă prin fistule intestinale.

Întrebări Scăderea pH-ului sangvin de la 7,5 la 6,5 ar putea fi însoţită de una dintre următoarele modificări: a. creşterea de 10 ori a concentraţiei ionilor de hidrogen b. creşterea de 10 ori a concentraţiei ionilor hidroxil c. creşterea concentraţiei ionilor de hidrogen cu un factor de 7,5/6,5 d. scăderea concentraţiei ionilor de hidrogen cu un factor de 6,5/7,5 e. o schimbare în concentraţia anionilor sistemului tampon

Întrebări

Întrebări pH = -log [H+] La un pH de 7.5, [H+] este de 10– 7,5, iar [H+] s-a schimbat cu un factor de 10–6,5/10– 7,5 care este 10 Orice scădere a pH-ului cu o unitate este însoţită de o creştere a [H+] de 10 ori sau o scădere a [HO-] de 10 ori. A apărut o schimbare în concentraţia anionilor sistemului tampon, dar schimbarea de pH reflectă o creştere a concentraţiei de [H+] în exces faţă de cea absorbită de buffer.

Întrebări 2. Care dintre următoarele afirmaţii descrie o proprietate universală a sistemelor tampon? a. sunt un amestec de acid tare şi bază tare b. funcţionează cel mai bine la un pH la care sunt complet disociate c. funcţionează cel mai bine la un pH la care sunt 50% disociate d. funcţionează cel mai bine la o unitate de pH mai mică decât pKa e. funcţionează la fel indiferent de concentraţie

Întrebări Prin definiţie, sistemele tampon tind să păstreze pH-ul soluţiei constant, acceptând protoni dacă este adăugat acid soluţiei sau eliberând protoni când se adaugă o bază Deoarece trebuie să aibă capacitatea de a disocia şi de a reprimi un proton, funcţionează cel mai bine la un pH la care sunt 50% disociate, pKa Soluţiile tampon nu pot fi compuse din acizi şi baze tari deoarece aceştia disociază complet în soluţie Cu cât concentraţia de buffer este mai mare cu atât va funcţiona mai bine deoarece poate absorbi sau disocia mai mulţi protoni.

Întrebări 3. Un pacient cu enteropatie (boală intestinală) prezintă cantităţi crescute de amoniac produse de bacteriile intestinale. Amoniacul a fost absorbit din intestin în vena portală de unde a intrat în circulaţia generală. Care dintre următoarele sunt consecinţa acestei absorţii? pKa este 9,5 a. scăderea pH sangvin b. conversia amoniacului la amoniu în sânge c. scăderea concentraţiei de bicarbonat în sânge d. respiraţia Kussmaul e. creşterea expirului în CO2

Întrebări

Întrebări NH3 este o bază slabă care acceptă un proton pentru a produce NH4+ şi care are un pKa de de 9,5. Astfel, la un pH sangvin de 7,4 majoritatea amoniacului se transformă în ioni de amoniu. Absorţia de ioni de hidrogen tinde să crească, iar acidul carbonic disociază mai mult spre bicarbonat şi H+; mai mult CO2 va trece spre acid carbonic. ?Respiraţia Kussmaul, o expiraţie crescută în CO2 apare în acidoză, care este situaţia inversă.

Întrebări 4. Care dintre următoarele condiţii fiziologice/patologice este mai probabil rezultatul alcalozei pe care organismul nu o poate compensa în totalitate? a. Producerea de acid lactic în muşchi, în timpul exerciţiilor b. Producerea de corpi cetonici la un pacient cu diabet zaharat c. Vărsături acide repetate ( conţinutul gastric) d. Diaree cu pierderea anionilor de bicarbonat secretaţi de intestin e. O infecţie cu febră şi hipercatabolism

Întrebări Vărsăturile expluzează HCl. Întrucât celulele stomacului secretă mai mult HCl, acestea vor extrage ioni de H+ din lichidul interstiţial şi sânge, cu creşterea pH-ului sangvin şi apariţia alcalozei Acidul lactic este un acid slab secretat în sânge de muşchiul în efort. Un pacient cu o producţie crescută de corpi cetonici prezintă o scădere a pH-ului deoarece corpii cetonici acetoacetat şi β-hidroxibutirat sunt acizi disociaţi.

Întrebări Deoarece bicarbonatul din lumenul intestinal se pierde în diareea apoasă, mai mult bicarbonat este secretat de celulele intestinale. Celulele intestinale produc bicarbonat, iar H+ este generat în cantitate mai mare Pe măsură ce bicarbonatul produs de aceste celule este eliberat în lumen, protonii se acumulează în sânge, rezultând acidoza. Hipercatabolismul sau creşterea ratei catabolice produce CO2 suplimentar, care determină apariţia de acid carbonic în exces.

Aminoacizi şi proteine Proteinele îndeplinesc o multitudine de funcţii în organismele vii, cele mai elaborate realizându-se în organismul uman Proteinele sunt polimeri liniari ai aminoacizilor, compuşi macromoleculari naturali. Înafara aminoacizilor, în structura lor pot apărea şi alţi compuşi glucidici, lipidici, precum şi alte molecule organice sau ioni metalici, în acest caz numindu-se heteroproteine Stările patologice sunt frecvent legate de perturbarea activităţii proteinelor ca urmare a anomaliilor structurale rezultate din defectele apărute în procesul de sinteză.

Aminoacizi şi proteine Funcţiile biologice ale proteinelor 1. Proteine de transport: Transportorul glucozei, Hemoglobina,Serumalbumina 2. Enzime: Alcool dehidrogenaza Succinat dehidrogenaza Ribonucleaza Chimotripsina 3. Proteine de apărare: Imunoglobinele

Aminoacizi şi proteine 4. Proteine structurale: α-keratina, colagenul, elastina, proteoglicanii 5. Proteine reglatoare (hormoni): Insulina, somatotropina, tireotropina, represorul „lac” 6. Proteine de depozit: Caseina, feritina, ovalbumina 7. Proteine contractile: Miozina, actina, tubulina

Aminoacizi şi proteine Enzimele şi hormonii polipeptidici coordonează şi reglează procesele metabolice, în timp ce proteinele contractile asigură activitatea motorie La nivelul ţesutului osos, colagenul formează o matrice reticulară în care precipită cristalele de fosfat calcic, funcţionând asemănător armăturii de oţel din betonul armat În sistemul circulator, proteinele de tipul hemoglobinei şi al albuminei plasmatice transportă substanţe de importanţă vitală, iar imunoglobulinele atacă bacteriile şi virusurile patogene.

Aminoacizi şi proteine Aminoacizii sunt unităţile structurale ale proteinelor Aminoacizii se denumesc folosind cuvântul „acid“, urmat de „amino“ şi numele acidului corespunzător Prin prefixele „di“, „tri“ etc., se arată numărul de grupe amino şi carboxil, iar poziția relativă a două grupe funcţionale se precizează cu literele greceşti „α“, „β“, „γ“, „δ“, „ε“, în care acidul este α dacă grupările amino și carboxil se leagă de un acelai carbon, β dacă grupările amino şi carboxil se leagă la atomi de carbon alăturați, iar, pe măsură ce creşte distanța, se vor numi γ, δ, ε În cazul compuşilor aromatici, se folosesc prefixele „orto“, „meta“, „para“.

Aminoacizii Toţi aminoacizii, cu excepţia prolinei care conţine o grupare amino secundară, au o grupare carboxil, o grupare amino primară şi o catenă laterală distinctă radicalul „ R”, ataşată carbonului α În condiţii fiziologice ( pH de aproximativ 7), gruparea carboxil este disociată, generând un ion carboxilat, cu sarcină negativă, iar gruparea amino este protonată.

Aminoacizii Tetraedrul format de cei patru substituienţi diferiţi fixaţi la carbonul α le conferă activitate optică, fiecare putând exista în două forme, dextrogir sau levogir Aranjamentul spaţial împarte aminoacizii în două serii: L şi D Apartenenţa la una din serii s-a făcut luând ca etalon serina

Aminoacizii Când gruparea –NH2 a serinei se află în stânga faţă de planul atomilor de carbon, aceasta aparţine seriei L la fel ca toţi aminoacizii “naturali” Unităţile fundamentale ce participă la sinteza unei proteine sunt aminoacizii „naturali” (proteinogeni), de tip α- aminoacizi În categoria aminoacizilor naturali sunt cuprinşi peste 300 de aminoacizi, dar proteinogeni sunt doar 20 dintre aceştia. Aceşti aminoacizi sunt singurii codificaţi genetic şi sunt frecvent întâlniţi în structurile proteice ale mamiferelor.

Aminoacizii standard

Aminoacizii standard În structura proteinelor, cele mai multe grupări carboxil şi amino sunt angrenate în complexe peptidice, nefiind capabile să reacţioneze chimic decât pentru a genera legături de hidrogen Prin urmare, catena laterală este principalul factor care dictează rolul unui aminoacid din structura proteinei În consecinţă se recomandă clasificarea aminoacizilor în funcţie de caracteristicile catenelor laterale. Acestea pot fi: nepolare (catenele care prezintă o distribuţie uniformă a electronilor) sau polare (catenele care prezintă o distribuţie neuniformă a electronilor, cum ar fi radicalii acizi sau bazici)

Aminoacizii standard Aminoacizii polari se acumulează pe suprafaţa proteinelor solubile, iar cei nepolari pe suprafaţa proteinelor membranare A. Aminoacizii care conţin catene laterale nepolare Nici unul dintre aminoacizii cu catene laterale nepolare nu primeşte şi nu cedează protoni, nici nu stabileşte legături de hidrogen sau legături ionice Catenele laterale ale acestor aminoacizi pot fi considerate lipidiforme, proprietate care determină interacţiuni de tip hidrofob. Exemple: glicina, alanina, valina, leucina, izoleucina, fenilalanina, triptofan, metionina, prolina

Aminoacizii standard În soluţii apoase de proteine - mediu polar- catenele laterale ale aminoacizilor nepolari tind să se acumuleze în interiorul moleculei proteice ca urmare a hidrofobiei radicalilor R nepolari; R se comportă asemănător unor picături de ulei; se dispun în interiorul moleculei proteice, contribuind la menţinerea structurii tridimensionale Totuşi, în cazul proteinelor aflate într-un mediu hidrofob, cum ar fi o membrană, radicalii R nepolari se dispun pe suprafaţa exterioară a moleculei proteice, fapt ce favorizează interacţiunea directă cu mediul lipidic

Aminoacizii standard Anemia falciformă sau siclemia are ca substrat fiziopatologic substituţia grupării polare de glutamat cu o grupare nepolară de valină în structura subunităţii β a hemoglobinei Glutamatul prezintă la pH-ul fiziologic o sarcină negativă în radical stabilind legături ionice sau de hidrogen cu apa sau cu alte catene laterale Valina este un aminoacid hidrofobic ce tinde să interacţioneze cu alte lanţuri hidrofobice pentru a exclude apa

Aminoacizii standard Înlocuirea glutamatului cu valina în lanţul β permite separarea HbS de Hb adultă normală prin electroforeză Distrugerea crescută a hematiilor modificate în splină determină anemie La indivizii homozigoţi cu siclemie, hematiile iau frecvent forma de seceră în special în condiţii de presiune scăzută a oxigenului. Apar crizele vaso-ocluzive în care celulele distorsionate blochează capilarele şi împiedică oxigenarea cu apariţia durerii

Aminoacizii standard Prolina diferă de alţi aminoacizi prin faptul că cei trei atomi de carbon ai catenei laterale, carbonul α şi atomul de azot al grupării α - amino constituie o structură inelară, penta- atomică, rigidă În consecinţă, gruparea amino a prolinei este mai degrabă secundară, nu primară.

Aminoacizii standard Deseori, prolina este denumită şi imino-acid Configuraţia spaţială unică a prolinei intervine în geneza structurii fibrilare a colagenului şi adesea întrerupe α- helixurile proteinelor globulare.

Aminoacizii standard B. Aminoacizii care conţin catene laterale polare neutre: serina, treonina, tirozina, asparagina, glutamina, cisteina Aceşti aminoacizi au sarcină electrică netă egală cu zero la pH neutru; la pH alcalin, catenele laterale ale cisteinei şi al tirozinei pot ceda câte un proton Serina, treonina şi tirozina conţin fiecare câte o grupare hidroxil polară care poate participa la formare unei legături de hidrogen Catenele laterale ale asparaginei şi glutaminei conţin câte o grupare carbonil şi o grupare amidă, ambele fiind capabile să formeze legături de hidrogen cu alte molecule.

Aminoacizii standard tiolici Catena laterală a cisteinei conţine o grupare sufhidril (-SH), care este o componentă importantă a cantrului activ al multor enzime În structura proteinelor, grupările –SH a două molecule de cisteină pot fi oxidate şi formează un dimer, cistina, care conţine o legătură covalentă, încrucişată, denumită legătura disulfidică

Aminoacizii standard tiolici Cisteina Cele două molecule de cisteină pot fi separate prin mai mulţi aminoacizi în secvenţa primară a polipeptidului sau pot fi localizate pe două lanţuri polipeptidice diferite Plierea lanţurilor polipeptidice apropie resturile de cisteină şi facilitează formarea unei legături covalente între catenele laterale ale acestora

Aminoacizii standard tiolici Legăturile disulfidice conferă stabilitate structurii tridimensionale a moleculei proteice, prevenind denaturarea acesteia în mediul extracelular De exemplu, imunoglobulinele secretate de celulele sangvine sunt proteine care conţin un număr important de legături disulfidice Şi albumina, o proteină plasmatică având rol de transportor pentru diverse molecule, constituie un exemplu în acest sens.

Aminoacizii standard Catenele laterale permit ataşarea altor compuşi Gruparea polară hidroxil din componenta serinei, treoninei, şi, rareori a tirozinei poate poate funcţiona ca situs de ataşare pentru alte grupări, cum ar fi gruparea fosfat. În plus, gruparea amidă a asparaginei, precum şi gruparea hidroxil a serinei sau a treoninei pot reprezenta situsuri de ataşare a catenelor oligozaharidice din structura glicoproteinelor.

Aminoacizii monoaminodicarboxilici C. Aminoacizi care conţin catene laterale acide (polari negativi) Acidul aspartic şi glutamic funcţionează ca donori de protoni În condiţii de pH fiziologic, catenele laterale ale acestor aminoacizi sunt complet ionizate şi conţin un un anion carboxilat, grupare cu sarcină electrică negativă Ca urmare, aceste forme sunt denumite aspartat şi glutamat pentru a sublinia electronegativitatea acestora la pH fiziologic. Acidul aspartic Acidul glutamic

Aminoacizii diaminomonocarboxilici D. Aminoacizi care conţin catene laterale bazice (polari pozitivi) Catenele laterale ale aminoacizilor bazici au proprietatea de a accepta protoni În condiţii de pH fiziologic, catenele laterale ale lizinei şi argininei sunt complet ionizate, cu sarcină electrică pozitivă

Aminoacizii diaminomonocarboxilici Histidina Arginina Lizina

Aminoacizii standard-Histidina Histidina este slab bazică, în condiţii de pH fiziologic aminoacidul liber fiind în general neutru din punct de vedere al sarcinii electrice Cu toate acestea, când este încorporată în structura unei proteine, catena laterală a acesteia poate avea sarcină electrică pozitivă sau neutră, în funcţie de mediul ionic generat de lanţurile polipeptidice ale proteinei respective Aceasta este o caracteristică importantă a histidinei ce explică rolul pe care îl deţine în funcţionarea anumitor proteine, de exemplu hemoglobina.

Aminoacizii standard

Aminoacizii standard

Aminoacizii standard

Aminoacizii standard

Aminoacizii standard

Aminoacizii standard Thr

Aminoacizii standard

Aminoacizii standard

Aminoacizii standard

Aminoacizii standard

Aminoacizii standard

Alţi aminoacizi Pe lângă cei 20 aminoacizi standard, prezenţi în structura majorităţii proteinelor, există un număr de aminoacizi mai rar întâlniţi, care s-au obţinut din hidrolizatele unor proteine de tip special. Toţi derivă de la aminoacizii standard 4-hidroxiprolina, 5-hidroxiprolina prezenţi în colagen Dezmozina, izodezmozina prezenţi în elstină Peste 150 aminoacizi nu se găsesc în proteine, dar sunt intermediari metabolici, intră în structura unor vitamine sau hormoni, participă la transmiterea influxului nervos.

Alţi aminoacizi Intermediari metabolici: Homoserina Homocisteina

Alţi aminoacizi Ornitina- intermediar al ureogenezei DOPA (3,4-dihidroxi- fenilalanina) - intermediar în metabolismul fenilalaninei şi tirozinei

Alţi aminoacizi GABA (acidul gamma-aminobutiric )-este considerat a fi unul dintre cei mai importanți mediatori inhibitori centrali, neurotransmiţător β –alanina- component al coenzimei A (CoASH)

Alţi aminoacizi

Alţi aminoacizi

Alţi aminoacizi

Proprietăţile fizice ale aminoacizilor

Proprietăţile chimice ale aminoacizilor

Proprietăţile chimice ale aminoacizilor 4 clase: 1. proprietăţi datorate funcţiunii –NH2 2. proprietăţi datorate funcţiunii -COOH 3. proprietăţi datorate ambelor funcţiuni 4. proprietăţi datorate radicalului R Importanţă: - analiza aminoacizilor într-un mediu biologic; - analiza aminoacizilor rezultaţi prin hidroliza unei proteine; - stabilirea ordinii de înlănţuire într-un lanţ polipeptidic

Proprietăţile chimice ale aminoacizilor Reacţiile datorate funcţiunii –NH2 permit: A. Dozarea aminoacizilor 1. Reacţia cu aldehida formică SÖRENSEN 2. Reacţia cu acidul azotos. Metoda Van Slike B. Identificarea aminoacizilor: Reacţia cu reactivul Sanger (fluordinitrobenzen) Reacţia cu clorura de dansyl Reacţia cu reactivul Edmann (feniltioizocianat) C. Reacţia cu ninhidrina: dozarea; identificarea aminoacizilor

PROPRIETĂŢILE CHIMICE ALE AMINOACIZILOR Reacţiile datorate funcţiunii –NH2 A. Dozarea aminoacizilor 1. Reacţia cu aldehida formică SÖRENSEN- dozarea aminoacizilor urinari

PROPRIETĂŢILE CHIMICE ALE AMINOACIZILOR Reacţiile datorate funcţiunii –NH2 A. Dozarea aminoacizilor 2. Reacţia cu acidul azotos. Metoda Van Slyke ½ din cantitatea de azot produs provine din aminoacid

Proprietăţile chimice ale aminoacizilor C. Reacţia cu ninhidrina: dozarea; identificarea aminoacizilor

Proprietăţile chimice ale aminoacizilor

Proprietăţile chimice ale aminoacizilor Reacţiile datorate funcţiunii –NH2 A. Evidenţierea aminoacizilor 1. Reacţia cu fluordinitrobenzen. Reactivul Sanger

Proprietăţile chimice ale aminoacizilor Reacţiile datorate funcţiunii –NH2 A2. Evidenţierea aminoacizilor. Reacţia cu clorura de dansyl

Proprietăţile chimice ale aminoacizilor Reacţiile datorate funcţiunii –NH2 A. Evidenţierea aminoacizilor

Proprietăţile chimice ale aminoacizilor Reacţiile datorate funcţiunii –COOH 1. Reacţia de esterificare – protejarea grupării – COOH în sinteza peptidelor

Proprietăţile chimice ale aminoacizilor Reacţiile datorate funcţiunii –COOH 2. Reacţia cu borhidrura de litiu- identificarea aminoacidului C-terminal dintr-un lanţ polipeptidic LiBH4 CH2- OH Aminoacid Aminoalcool

Proprietăţile chimice ale aminoacizilor Reacţiile datorate funcţiunii –COOH 3. Formarea amidelor- calea de detoxifiere a creierului (glutamida, impropriu glutamina) + NH3 + ATP ADP+Pa Glutamina Acid glutamic

Proprietăţile chimice ale aminoacizilor Reacţiile datorate funcţiunii –COOH 4. Reacţia de decarboxilare Aminoacid decarboxilaze R- CH2- NH2 + CO2 PALPO Amine biogene Aminoacid

Proprietăţile chimice ale aminoacizilor Exemple de amine biogene: 1. Histamina are roluri multiple: Mediator al SNC Vasodilatator capilar Hipersensibilitate alergică şi inflamaţii Hormon al secreţiei gastrice +CO2 PALPO

Proprietăţile chimice ale aminoacizilor 2. Rolurile serotoninei: Mediator chimic Vasoconstrictor arteriolar Factor hemostatic Precursor al melatoninei, hormon al glandei pineale

PROPRIETĂŢILE CHIMICE ALE AMINOACIZILOR 3. GABA

PROPRIETĂŢILE CHIMICE ALE AMINOACIZILOR

PROPRIETĂŢILE CHIMICE ALE AMINOACIZILOR Proprietăţile aminoacizilor datorate ambelor funcţiuni: A. Formarea legăturii peptidice

PROPRIETĂŢILE CHIMICE ALE AMINOACIZILOR

PROPRIETĂŢILE CHIMICE ALE AMINOACIZILOR Legătura peptidică are o structură plană, rigidă, datorită conjugării electronice de tip p-π (electronii p ai atomului de N cu electronii π ai dublei legături –CO-)

PROPRIETĂŢILE CHIMICE ALE AMINOACIZILOR Legătura -CO-NH- dobândeşte caracter parţial de dublă legătură (40%), ceea ce împiedică rotaţia liberă a substituienţilor legaţi la atomii implicaţi în dubla legătură O altă consecinţă a acestui fapt este că gruparea –NH- din legătura peptidică nu nionizează (necedând sau acceptând protoni), fiind implicată doar în legături de hidrogen.

PROPRIETĂŢILE CHIMICE ALE AMINOACIZILOR Proprietăţile aminoacizilor datorate ambelor funcţiuni: B. Formarea compuşilor chelatici

PROPRIETĂŢILE ACIDO-BAZICE ALE AMINOACIZILOR Aminoacizii

Proprietăţile acido-bazice ale aminoacizilor

PROPRIETĂŢILE ACIDO-BAZICE ALE AMINOACIZILOR

PROPRIETĂŢILE ACIDO-BAZICE ALE AMINOACIZILOR

PROPRIETĂŢILE ACIDO-BAZICE ALE AMINOACIZILOR

PROPRIETĂŢILE ACIDO-BAZICE ALE AMINOACIZILOR

PROPRIETĂŢILE ACIDO-BAZICE ALE AMINOACIZILOR

PROPRIETĂŢILE ACIDO-BAZICE ALE AMINOACIZILOR

PROPRIETĂŢILE ACIDO-BAZICE ALE AMINOACIZILOR

Proprietăţile acido-bazice ale aminoacizilor

PROPRIETĂŢILE ACIDO-BAZICE ALE AMINOACIZILOR

Aminoacizi polari pozitivi la pH-ul fiziologic (diaminomonocarboxilici) 2 3

AMINOACIZI POLARI NEGATIVI LA PH-UL FIZIOLOGIC (MONOAMINODICARBOXILICI)

Aminoacizi polarizaţi

Alte cazuri

Aminoacizi cu rest hidrofob, nepolar

Aminoacizi cu rest hidrofob, nepolar

PROPRIETĂŢILE ACIDO-BAZICE ALE AMINOACIZILOR În general, pentru toţi aminoacizii (mono-, di-amino mono-, di-carboxilici) Ce reprezintă “n” ? n+1 n

Exemple Testele de laborator au identificat în urina unui pacient metilmalonat care este: a. un acid puternic b. baza conjugată a unui acid slab c. este disociat 100% la pKa d. este disociat 50% la pH sangvin e. soluţia tampon majoritară la nivel intracelular

Exemple Acidul metilmalonic conţine două grupări carboxilice şi este un acid slab Conform ecuaţiei Henderson-Hasselbach, grupările acide carboxilice sunt disociate în proporţie de 50% la pKa- urile proprii pH = pKa + log [A-] / [HA] Grupările acide carboxilice au valorile pentru pKa cuprinse între 2 şi 5, fiind aproape complet disociate la un pH de 7,4 nefiind capabile să tamponeze lichidul intracelular până la un pH neutru

Exemple Metilmalonatul este un acid organic produs la pacienţii cu o problemă de metabolizare a metilmalonilCoA, precum deficienţa de vitamină B12. Aciditatea sa contribuie la apariţia simptomelor ce implică sistemul nervos central. Apariţia în urină este considerată acidurie organică.

SPECTRE DE ABSORBŢIE ALE AMINOACIZILOR Aminoacizii uzuali nu absorb lumina în vizibil (în ultravioletul îndepărtat). Numai Tyr, Phe şi Trp dau spectre de absorţie la lungimi de undă mai mari de 250nm (în violet), datorită nucleului aromatic din catenă Maxime de absorţie pentru Phe- 260nm, Tyr- 275nm şi Trp- 280nm, Cistina- 240nm Întrucât majoritatea proteinelor conţin Tyr, măsurarea absorţiei luminii la 280 nm constituie o metodă satisfăcătoare de dozare a concentraţiei proteinelor într-o soluţie.