Biochimie

De la Wikipedia, enciclopedia liberă
Jump to navigation Jump to search
Structura tridimensională a mioglobinei, o proteină

Biochimia este știința care se ocupă cu studiul proceselor chimice care au loc în sau care sunt legate de existența organismelor vii. Complexitatea vieții provine de la marea varietate a proceselor biochimice.[1]

Considerată multă vreme o ramură interdisciplinară aflată la granița dintre chimie și biologie, biochimia s-a dezvoltat în special în ultimele decenii ca o disciplină de sine stătătoare, abordând subiecte ca structura chimică a substanțelor din care sunt formate organismele, interacțiunile între aceste substanțe și transformările metabolice pe care acestea le suferă in vivo. În mare, se poate considera că biochimia are două ramuri: biochimia metabolică și biochimia structurală. Se mai pot considera ca și ramuri ale biochimiei și știința proteinelor și genetica moleculară.[2] Biochimia se concentrează pe înțelegerea modului în care biomoleculele dau naștere proceselor care au loc în interiorul celulelor vii și între acestea,[3] care ajută în continuare la înțelegerea funcționării țesuturilor, organelor și în final a organismelor, atât structural cât și funcțional. [4]

  • Biochimia structurală se ocupă cu studiul moleculelor vieții: proteine și aminoacizi, glucide, lipide, acizi nucleici. De asemenea, această ramură studiază și vitaminele și enzimele.
  • Biochimia metabolică studiază căile metabolice prin care nutrienții sunt procesați în interiorul celulelor vii (anabolism și catabolism).

Biochimia acizilor nucleici și studiul codului genetic, sinteza proteinelor (transcripția și translația), studiul fenomenelor de transport membranar și de transmitere a semnalelor sunt doar câteva domenii în care biochimia cunoaște un progres remarcabil în ultimii ani.

Istoric[modificare | modificare sursă]

Bioelemente[modificare | modificare sursă]

Principalele elemente componente ale corpului uman sunt indicate în imagine (după abundența în procente de masă).

Aproximativ douăzeci din cele 92 de elemente chimice răspândite în natură sunt esențiale pentru diferitele forme de viață existente pe Pământ. Majoritatea elementelor chimice mai rare nu sunt necesare pentru viață (exceptând seleniul și iodul), în timp ce și unele foarte comune (precum aluminiul și titanul) nu sunt necesare. Majoritatea organismelor vii au aceleași cerințe în ceea ce privește necesarul de elemente, dar apar diferențe între organismele vegetale și animale. De exemplu, algele marine au nevoie de brom, dar viețuitoarele terestre și animalele nu necesită acest element. Toate animalele necesită sodiu, dar unele plante nu. Plantele au nevoie de bor și siliciu, dar animalele de obicei nu le necesită (sau au nevoie de ele în cantități extrem de mici).

Doar șase elemente—carbonul, hidrogenul, azotul, oxigenul, calciul și fosforul—alcătuiesc aproximativ 99% din masa celulelor vii, incluzându-le și pe cele din corpul uman. În plus față de aceste șase bioelemente majore care compun corpul uman, mai sunt necesare în cantități mici încă 18 elemente.[5]

Biomolecule[modificare | modificare sursă]

În biochimie sunt considerate patru mari clase de biomolecule, care sunt molecule cu importanță biologică. Acestea sunt glucidele, lipidele, proteinele și acizii nucleici.[6] Multe molecule biologice sunt de natură polimerică, putând spune că monomerii în acest caz sunt micromolecule relativ mici legate împreună pentru a forma o macromoleculă. Când monomerii se leagă pentru a forma biopolimerul, sunt supuși unui proces de sinteză prin deshidratare. Diferitele macromolecule pot și ele să se asambleze în complecși de dimensiuni mai mari, de obicei fiind nevoie de ei pentru activitatea biologică pe care o posedă.

Glucide[modificare | modificare sursă]

Glucoza, o monozaharidă
O moleculă de zaharoză (glucoză + fructoză), a dizaharidă
Amiloză, o polizaharidă alcătuită din câteva mii de unități de glucoză

Glucidele sau carbohidrații au în general rolul de depozitare al energiei și rol structural. De asemenea, au implicații importante în comunicarea și semnalizarea intercelulară.

Cel mai simplu tip de glucidă este o monozaharidă, care este alcătuită din atomi de carbon, hidrogen și oxigen, în general în raport de 1:2:1 (cu formula generală CnH2nOn, unde n este cel puțin 3). Glucoza (C6H12O6) este una dintre cele mai importante glucide, iar printre alte exemple importante se numără fructoza (C6H12O6),[7][a] și dezoxiriboza (C5H10O4). Printre proprietățile ozelor se numără și aceea de a-și putea schimba forma moleculară din aciclică în ciclică și invers.

Conversia dintre formele furanozice, aciclice și piranozice ale D-glucozei

În aceste forme ciclice, ciclul este alcătuit uzual din 5 sau 6 atomi. Aceste forme sunt denumite furanozice și respectiv piranozice, prin analogie cu compușii heterociclici cu oxigen denumiți furan și piran. De exemplu, aldohexoza glucoză poate forma o legătură de tip hemiacetal între hidroxilul de la carbonul 1 și oxigenul legat de carbonul 4, obținându-se o formă moleculară cu un ciclu format din 5 atomi, denumită glucofuranoză. Aceeași reacție poate avea loc și între carbonii 1 și 5, când se obține analogul cu 6 atomi, denumit glucopiranoză.

Două monozaharide se pot lega între ele prin intermediul unei legături glicozidice sau eterice, formând o dizaharidă, într-o reacție de deshidratare (cu eliminarea unei molecule de apă). Reacția inversă de obținere a două molecule de monozaharide dintr-o singură moleculă dizaharidică se numește hidroliză, și se realizează în general enzimatic. Cea mai cunoscută dizaharidă este zaharoza, formată în urma legării dintre o moleculă de glucoză și una de fructoză. Un alt exemplu cunoscut este lactoza din lapte, formată în urma legării dintre o moleculă de glucoză și una de galactoză. Hidroliza lactozei are loc în prezența unei enzime denumite lactază, iar cantități scăzute din aceasta conduc la intoleranța la lactoză.

Când mai multe molecule de monozaharide (trei până la șase) se leagă, se obțin oligozaharide, și au diverse roluri biochimice, printre care se numără cea de semnalizare celulară.[8] Mai multe monozaharide legate formează o polizaharidă, iar structura acestei molecule mari poate fi de tip liniar sau ramificat. Cele mai comune exemple sunt celuloza, amidonul și glicogenul, toate alcătuite din unități repetitive de glucoză (alfa sau beta).

Glucidele pot fi caracterizare prin capacitatea lor reducătoare sau nereducătoare. Se spune despre o anumită glucidă că este reducătoare dacă un atom de carbon se află în echilibru în forma liniară de aldehidă (aldoză) sau de cetonă (cetoză). Dacă legarea monomerilor se face la acest atom de carbon, atunci grupa hidroxil a formelor piranozice sau a furanozice va fi schimbată cu o catenă laterală hidroxilată a unei alte zaharide, formându-se un acetal complet.

Lipide[modificare | modificare sursă]

Proteine[modificare | modificare sursă]

Acizi nucleici[modificare | modificare sursă]

Metabolismul[modificare | modificare sursă]

Importanța biochimiei[modificare | modificare sursă]

  • oferă cunoștințele necesare înțelegerii stării de sănătate și a mecanismelor patogenice în orice boală;
  • permite tratarea cu succes a avitaminozelor, a insuficienței sau hiperfuncțiilor endocrine;
  • explică modul de acțiune al medicamentelor, ca modulatori ai activității enzimatice, oferind datele necesare pentru sinteza de substanțe cu acțiune farmacologică dorită.

Compoziția chimică a materiei vii[modificare | modificare sursă]

Ca urmare a procesului de evoluție, materia vie, vegetală și animală, are o compoziție chimică deosebit de complexă, cu forme diverse determinate de conținutul de apă și de substanță uscată constituită din:

Țesuturile vegetale și animale conțin circa 60 de elemente chimice, din care un număr de 12 elemente constituie 99% din materia vie, denumite macroelemente, plastice sau de constituție, și anume: carbon, hidrogen, oxigen, azot, fosfor, sulf, clor, potasiu, sodiu, calciu, magneziu, siliciu.

Alte 20 de elemente chimice reprezintă 0,27% din substanța uscată a materiei vii, reprezintă categoria de oligoelemente, printre care: fluor, fier, zinc, cupru, mangan, cobalt, titan, bor, iod, staniu, molibden.

Elemente chimice care se regăsesc în cantități extrem de mici, microelementele, reprezintă un procent de aproximativ 0,074% din materia vie.

Elementele minerale dinorganismele vii sunt denumite bioelemente, majoritatea fiind asociate sub formă de biomolecule. În funcție de tipul elementelor chimice care reacționează între ele sau cu alte substanțe, se formează biomolecule anorganice sau organice, cu proprietăți diferite de cele ale componentelor.

Conținutul procentual al principalelor
biomolecule din organismele vegetale, animale și organismul uman
Clasa de compuși
Conținut (%)
A
Biomolecule organice
77,5
64,3
64
75
60
60
Compuși minerali
2,5
4,3
4
B
Biomolecule organice
22,5
35,7
36
18
6,2
1
0,5
11,7
15
4
17,8
20

Vezi și[modificare | modificare sursă]

Referințe[modificare | modificare sursă]

  1. ^ „Biochemistry”. acs.org. 
  2. ^ Voet (2005), p. 3.
  3. ^ Karp (2009), p. 2.
  4. ^ Miller (2012). p. 62.
  5. ^ Nielsen (1999), pp. 283–303.
  6. ^ Slabaugh (2007), pp. 3–6.
  7. ^ Whiting (1970), pp. 1–31.
  8. ^ Varki (1999), p. 17.