Catedra de biochimie și biochimie clinică

Transcript

1 Tema 1 Data Introducere. Importanța biochimiei pentru disciplinele medicale. Bioelemente și biomolecule. Grupele funcționale și tipuri de legături chimice specifice biomoleculelor. Nivelul inițial de cunoștințe Elementele chimice. Tabelul periodic al elementelor. Întrebări pentru autopregătire 1. Introducere în biochimie. Importanța biochimiei pentru disciplinele medicale. Biochimia structurală (descriptivă) și sarcinile ei. 2. Bioelementele organogene și minerale. Conținutul și caracteristica generală a principalelor bioelemente care alcătuiesc organismul uman. 3. Biomolecule- macro și micromolecule. 4. Noțiuni de grupă funcțională. Tipuri de grupe funcționale specifice biomoleculelor. Caracteristica lor generală. 5. Tipuri de legături chimice specifice biomoleculelor. Caracteristica lor generală. Itemi pentru lucrul individual 1. Separți următoarele biomolecule: ADN, proteine, aciizi grași, glucoză, aminoacizi, riboză, glicerol, glicogen în macro și micromolecule: Biomacromolecule Biomicromolecule 2. Carbonul în stare neexcitată are configurația electronică a nivelului exterior (de valență) 2s 2 2p 2 și în componența compușilor el poate avea gradul de oxidare +2, iar în stare excitată are configurația electronică 2s 1 2p 3. Cum se poate schematic de prezentat tranziția electronului?

2 3. Alcătuiți schema electronică a interacțiunii amoniacului cu ionul H + conform mecanismului donor-acceptor. 4. Plasați moleculele: CO2, H2O, HCl, NH4, O2, N2, Cl2, CH4, NaCl, NaH2PO4, Na2CO3, proteina, DNA în colonițele din tabelă conform legăturilor chimice prezente în ele. Covalentă ne-polară Covalentă polară Ionică de Hidrogen Teste pentru autoevaluare 1. Care dintre grupele funcționale de mai jos conferă proprietăți acide biomoleculelor? a) SH b) NH2 c) CONH2 d) COOH e) OH 2. Care dintre grupele funcționale de mai jos conferă proprietăți bazice biomoleculelor? a) SH b) NH2 c) CONH2 d) COOH e) OH 3. Legătura ce se formează între atomii de acelaşi fel sau între atomi cu electronegativităţi foarte apropiate este: a) covalentă polară b) hidrofobă c) covalentă nepolară d) donor-acceptor

3 e) coordinativă 4. Legătura ce se formează între diferiți atomi ai bioelementelor nemetale care au electronegativităţi diferite este: a) covalentă polară b) ionică c) covalentă nepolară d) donor-acceptor e) coordinativă 5. Ce fel de legătură chimică se formează în rezultatul interacțiunii amoniacului cu cationii de hidrogen? a) covalentă polară b) ionică c) covalentă nepolară d) donor-acceptor e) de hidrogen 6. Forțele van der Waals sau interacțiile van der Waals reprezintă: a) forțele de atracție de putere relativ mică dintre moleculele neutre b) forțele de respingere de putere relativ mică dintre moleculele neutre c) forțele de atracție de putere mare dintre moleculele neutre d) forțe care stabilizează legăturile covalente polare e) forțe care stabilizează legăturile covalente nepolare 7. Care dintre perechile de atomi și grupe funcționale vor forma legături ionice? a) C și N b) NH2 și H + c) COO- și NH3 + d) Cl - și Na + e) COO - și NH2 8. Legătura de hidrogen se formează între: a) un atom de hidrogen parțial încărcat pozitiv și un atom de O, N sau S parțial încărcat negativ b) un atom de hidrogen parțial încărcat negativ și un atom de O, N sau S parțial încărcat pozitiv c) un ion de hidrogen cu sarcină pozitivă și un atom de O, N sau S parțial încărcat negativ d) un atom de hidrogen parțial încărcat pozitiv și un atom de O, N sau P parțial încărcat negativ e) un ion de hidrogen cu sarcină pozitivă și un atom de O sau N cu sarcină negativă

4

5 Tema 2 Data Structura și proprietățile fizice ale apei. Ionizarea, produsul ionic și ph ul apei. Sistemele tampon. Experienţa 1. Prepararea soluțiilor tampon. De pregătit 20 ml 0,1 mol/l soluție tampon acetat cu ph = 5,24 din 0,1 mol/l CH3COOH și 0,1 mol/l CH3COONa. Constanta de disociere a acidului acetic în aceste condiții este de Principiul metodei. Soluțiile tampon pot fi pregătite prin două metode: 1) separat se iau fiecare component pereche conjugat de acid și bază în corespundere cu raportul cunoscut și se dizolvă în apă obținând o soluție comună; 2) se dizolvă în apă unul din componente sistemului tampon și se adaugă la soluția obținută o cantitate anumită de acid tare sau de bază tare. Obținând soluții tampon prin una din cele două metode este necesară cunoașterea pka a sistemului și folosind relația Henderson-Hasselbalch de verificat valoarea ph-ului soluției. Tehnica executării. 1. De calculat câți mililitri de soluție 0,1 mol/l CH3COONa și 0,1 mol/l CH3COOH sunt necesari pentru a pregăti 20 ml 1 mol/l soluție tampon acetat cu ph = 5, Folosind formula рн = рка + lg[sare]/[acid] calculați raportul componentelor. 3. Din raportul componentelor amestecului tampon rezultă ca soluția trebuie să conțină X părți de sare și Y părți de acid, adică în total 4 parți. Astfel volumul sării va fi 20 xx 4, iar al acidului 20 yy Măsurați ph-ul soluției tampon obținute cu ajutorul hârtiei de indicator universal sau a ph-metrului. 5. În darea de seamă a lucrării trebuie să fie prezentat calculul raportului componentelor sistemului tampon preparat și concluzia. 6. Completați tabelul de mai jos: Calculul raportului componentelor sistemului tampon Volumele acidului V a, și sării V s. Valoarea рн. Concluzie

6 Experienţa 2. Determinarea capacității tampon a serului sangvin după acid și bază. Tehnica executării. În două eprubete se adaugă 5 ml de ser sanguin cu ph = 7,4. În una din eprubete se adaugă două picături de fenolftaleină și se titrează cu soluție 0,1 mol/l de NaOH până ce amestecul reactant capătă culoarea etalonului, ph-ul căruia este 9,4. În cealaltă eprubetă se adaugă indicatorul metiloranj și se titrează cu 0,1 mol/l HCl până se atinge culoarea etalonului, ph-ul căruia este 3,4. Se determină capacitatea tampon a serului sanguin după bază și după acid folosind formulele (1) și (2): В b. = n(naoh) = c(naoh) V(NaOH) (1) (рн 1 рн s ) V s (рн 1 рн s ) V s В a. = n(hcl) = c(hcl) V(HCl) (2) (рн s рн 1 ) V s (рн s рн 1 ) V s unde: Вb. capacitatea tampon după bază; Вa. capacitatea tampon după acid; n(hcl), n(naoh) cantitatea de acid și bază adăugate la 1 l de soluție tampon; рн1 și рнs valorile inițiale și finale a ph-ului serului sanguin (până și după titrarea cu acid sau bază); Vs volumul serului sanguin; V(NaOH), V(HCl) volumul soluțiilor de acid și bază consumat pentru titrare; c(naoh), c(hcl) concentrația bazei și acidului folosită pentru titrare. În concluzie comparați capacitatea tampon a serului sanguin după acid și bază și explicați de ce capacitatea tampon a serului după acid este mai mare decât după bază. Întrebări pentru autopregătire 1. Teoria soluțiilor. 2. Apa, proprietățile ei fizice și chimice. Rolul apei în viața organismelor vii. 3. Principiile disociației electrolitice. 4. Principiile teoriei protolitice acido-bazice Brönsted-Lowry. 5. Disocierea apei. Produsul ionic al apei. 6. Noțiune de ph. Calculul de ph și poh a soluțiilor. 7. Sisteme tampon. Acțiunea soluțiilor tampon. Ecuația Henderson-Hasselbalch. Capacitatea soluțiilor tampon. 8. ph-ul mediilor interne ale organismului. Sistemele tampon biologice (bicarbonat). Itemi pentru lucrul individual 1. Prezentați compoziția și mecanismul acțiunii sistemului tampon fosfat la adăugarea cantităților mici de acid sau bază tare. Formula ph-ului sistemului tampon fosfat.

7 2. Conținutul normal de acid clorhidric în sucul gastric variază de la 0,07% până la 0,15%. Calculați intervalul de variație a ph-ului neglijând forțele de interacțiune dintre ionii de H + și Cl. 3. Pentru a schimba ph-ul a 100 ml de sânge de la 7,36 până la 7 trebuie de adăugat 36 ml 0,05 mol/l HCl. Calculați capacitatea tampon a sângelui după acid. Teste pentru autoevaluare 1. Care proprietăți fizice anomale ale apei enumerate mai jos sunt esențiale pentru funcționarea normală a organismului?

8 a) temperatură de fierbere joasă b) temperatură de fierbere înaltă c) capacitate termică înaltă d) capacitate termică joasă e) constanta dielectrică înaltă 2. Atomii căror elemente chimice pot forma în compuși legături de hidrogen cu hidrogenul? a) carbon b) sulf c) fosfor d) oxigen e) azot 3. Care din amestecurile prezentate mai jos pot fi considerate sisteme tampon? a) acid sulfuric + sulfat de sodiu / H2SO4 + Na2SO4 b) acid carbonic + bicarbonat de sodiu / H2CO3 + NaHCO3 c) acid acetic + acetat de sodiu / CH3COOH + CH3COONa d) acid acetic + acetat de amoniu / CH3COOH + CH3COONH4 e) fosfat monosodic + fosfat disodic / NaH2PO4 + Na2HPO4 4. Care factori influențează capacitatea sistemelor tampon? a) componența sistemelor tampon b) tăria acizilor și bazelor c) valoarea pка și ркb ale acizilor și bazelor slabe d) concentrația și raportul componentelor e) valoarea ph-ului soluțiilor tampon 5. Principalele sisteme tampon ale sângelui sunt: a) hemoglobină / oxihemoglobină b) sistem tampon de amoniac c) sistem tampon hidrogenocarbonat d) sistem tampon fosfat e) sistem tampon de aminoacid 6. Analizați soluțiile prezentate: A. soluția tampon H2PO4 = 0,1 M, HPO4 2 = 0,2 M; B. soluția tampon H2PO4 = 0,15 M, HPO4 2 = 0,3 M. a) soluția A are ph-ul mai mare b) soluția B are ph-ul mai mare c) ambele soluții au același ph d) soluția A are o capacitate tampon mai mare e) soluția B are o capacitate tampon mai mare 7. Ce ph va avea soluția tampon ce conține un acid HA cu pka =5 dacă raportul [A ]/[AH] = 10? a) 1 b) 2

9 c) 3 d) 4 e) 5

10 Tema 3 Data Aminoacizii rolul biomedical, structura, clasificarea și proprietățile. Structura primară a proteinelor. Experienţa 1. Identificarea aminoacizilor ce conţin sulf (reacţia Fol) Principiul metodei: La degradarea proteinelor şi peptidelor sub acţiunea hidroxidului de sodiu din grupările sulfhidril se eliberează sulful sub formă de sulfură de sodiu, care reacţionând cu plumbitul de sodiu, formează precipitatul de sulfură de plumb de culoare neagră sau brună. Tehnica executării: Reactive Eprubeta 1 Ovalbumină 1% 5 picături 2 Reactiv Fol 5 picături Conţinutul eprubetei se fierbe 1-2 minute. Rezulat: Concluzie Experienţa 2. Reacţia xantoproteică (Mulder) Principiul metodei: Aminoacizii aromatici la fierbere cu HNO3 concentrat se supun nitrării. Ca rezultat soluţia capătă o culoare galbenă care trece în oranj la adăugare bazei. Tehnica executării: Reactive Eprubeta 1 Ovalbumină 1% 5 picături 2 HNO3 concentrat 5 picături

11 Conţinutul eprubetei se fierbe 1-2 minute. Eprubeta se răceşte sub un jet de apă rece 3 NaOH 20% 10 picături Rezulat: Concluzie Experienţa 3. Reacţia cu ninhidrină Principiul metodei: Ninhidrina interacţionează cu grupările alfa-amino ale proteinelor şi aminoacizilor cu formarea unui compus colorat în albastru-violet. Tehnica executării: Reactive Eprubeta 1 Ovalbumină 1% 5 picături

12 2 Soluţie de ninhidrină 0,5% 5 picături Conţinutul eprubetei se fierbe 1-2 minute. Rezulat: Concluzie Experienţa 4. Reacţia biuretică Principiul metodei: Legăturile peptidice (-NH-CO-) ale proteinelor în mediul alcalin interacţionează cu CuSO4 formând compuşi complecşi coloraţi în roşu-violet. Tehnica executării: Reactive Eprubeta 1 Ovalbumină 1% 5 picături 2 Soluţie de NaOH 10% 5 picături 3 Soluţie de CuSO4 1% 2 picături Eprubeta se agită Rezulat: Concluzie

13 Întrebări pentru autopregătire 1. Aminoacizii rolul în organismele vii. Aminoacizii proteinogeni și neproteinogeni. 2. Clasificarea aminoacizilor după structura chimică, proprietățile fizico-chimice, principiul biologic. 3. Stereoizomeria, solubilitatea și proprietățile acido-bazice ale aminoacizilor. 4. Proprietățile chimice ale aminoacizilor: reacțiile de carboxilare, decarboxilare, hidroxilare, dezaminare și transaminare. 5. Teoria polipeptidică a structurii proteinelor. Proprietățile legăturii peptidice. Notarea şi citirea aminoacizilor în peptide şi proteine. Aminoacizii N- și C-terminali 6. Metodele de determinare a compoziției și succesiuni aminoacizilor în lanțul polipeptidic. Itemi pentru lucrul individual 1. Divizaţi următorii aminoacizi în grupe conform clasificării biologice: Thr, Cys, Phe, Gln, His, Met, Gly, Arg. Scrieţi peptida formată din aminoacizii indispensabili. Daţi definiţia noţiunii, indicaţi ce aminoacizi se referă la acest grup şi care sunt sursele aminoacizilor indispensabili? 2. Divizați aminoacizii proteinogeni conform proprietăților fizico-chimice (completați tabelul): Aminoacizii hidrofobi Aminoacizii hidrofili fără de sarcină Aminoacizii hidrofili acizi 3. Scrieți structura și rolul următorilor aminoacizi neproteinogeni. Aminoacizii Structura Rolul Beta-alanina Aminoacizii hidrofili bazici

14 Homocisteina Acidul gama-aminobutiric DOPA-dioxifenilalanina Ornitina Citrulina 4. Ce sarcină vor avea și spre care electrod vor migra următorii aminoacizi în mediu acid, neutru și bazic? Aminoacidul ph<7.0 ph=7.0 ph>7.0 Alanina Serina Lizina Acidul aspartic Glutamina 5. Scrieți reacția de carboxilare a radicalului acidului glutamic din componența proteinelor fixatoare de calciu. Care este importanța biologică a acestei reacții?

15 6. Scrieți reacția de decarboxilare a histidinei și acidului glutamic. Care este importanța biologică a acestei reacții?

16 7. Scrieți reacțiile de transaminare a alaninei și aspartatului cu alfa-cetoglutaratul. Care este importanța biologică a acestei reacții? 8. Scrieți următoarele tripeptide: Lys-Val-Pro; Glu-Pro-Arg; Pro-Asp-His. Evidențiați legăturile peptidice tipice și atipice. Indicații deosebirile lor. Teste pentru autoevaluare 1. Ce grupe de aminoacizi sunt prezente în proteine? a) hidroxiaminoacizii b) aminoacizii homociclici c) beta-aminoacizii d) aminoacizii diaminodicarboxilici e) tioaminoacizii 2. Ce structuri ciclice intră în componența aminoacizilor proteinogeni și căror aminoacizi aparțin? a) purina fenilalanina b) indol triptofan

17 c) imidazol histidina d) pirimidină prolina e) scatol tirozina 3. Selectați perechea corectă: aminoacidul și grupa functională specifică lanțului său lateral: a) arginina grupa guanidinică b) alanina grupa tio c) fenilalanina grupa fenil d) cisteina grupa hidroxil e) triptofanul grupa indol 4. Selectați aminoacizii nepolari hidrofobi: a) serina b) valina c) izoleucina d) triptofanul e) acidul glutamic 5. Selectați aminoacizii bazici: a) alanina b) serina c) tirozina d) glutamina e) lizina 6. Selectați afirmaţiile corecte referitoare la serină: a) este un hidroxiaminoacid b) are punctul izoelectric în zona de ph bazic c) este aminoacid esențial d) este derivat al acidului valerianic e) la ph=4 migrează spre catod 6. Selectați afirmaţiile corecte referitoare la arginină: a) la ph=3 are sarcină negativă b) are ph-ui izoelectric în mediul bazic c) în forma hidroxilată intră în structura colagenului d) este un aminoacid acid e) conține gruparea guanidină 4. Care afirmaţie este corectă referitor la metionină: a) este un derivat al acidului butanoic b) în structura sa sulful este slab fixat c) la ph-izoelectric aminoacidul migrează spre catod d) la ph=4 migrează spre anod e) este un aminoacid neesenţial 6. Ce legătură determină structura primară a proteinei: a) de hidrogen b) peptidică

18 c) disulfidică d) esterică e) ionică

19 Tema 4 Data Rolul, structura şi clasificarea proteinelor. Experienţa 1. Identificarea aminoacizilor prin metoda cromatografiei pe hârtie Principiul metodei: Metoda se bazează pe diferenţa coeficientului de repartiţie a aminoacizilor în apă şi solvent organic (butanol), care nu se amestecă cu apa. Viteza migrării aminoacizilor pe hârtie este direct proporţională cu gradul de dizolvare în butanol. Tehnica executării: 1. Pe banda de hârtie cromatografică se notează cu creionul simplu la aproximativ 1 cm de la margine linia de start. 2. Pe linia de start a benzii cu ajutorul capilarului se aplică o picătură nu mai mare de 5 mm de amestec de aminoacizi. 3. Banda se usucă la aer (fixare), se introduce într-un vas închis cu amestec butanol-apă, astfel încât lichidul să ajungă doar până la linia de start (5 mm) și se fixează vertical fără să atingă pereţii vasului cu ajutorul dopului. 4. După expunerea timp de 60 min, la temperatura camerei, banda se scoate din vas și se notează cu creionul simplu hotarul solventului (linia de front). 5. Banda se usucă cca 10 minute la temperatura C, se trece prin soluţia alcoolică de ninhidrină 0,2% și din nou se usucă la temperatura de 100 C. 6. Pe cromatogramă apar unele pete violete sau galbene localizate la diferite distanţe de linia de start. Cu ajutorul riglei se măsoară următoarele distanţe: a de la linia de start până la centrul fiecărei pete; b de la linia de start până la hotarul solventului. 7. Se calculează coeficientul de reperatiție (R) raportul dintre distanţele parcurse de aminoacid (a) şi de solvent (b), care este specific pentru fiecare aminoacid în condiţii standard conform formulei Rf=a/b. După tabelul cu Rf standard identificăm aminoacidul. Valorile Rf standard Aminoacidul Rf Aminoacidul Rf Histidina 0.11 cisteina 0.40 Glutamina 0.13 prolina 0.43 Lizina 0.14 tirozina 0.45 Arginina 0.20 asparagina 0.50 acidul asparagic 0.24 metionina 0.55 Glicina 0.26 valina 0.61 Serina 0.27 triptofan 0.66 acidul glutamic 0.30 fenilalanina 0.68 Treonina 0.35 izoleucina 0.72 Alanina 0.38 leucina 0.73 Importanţa clinico-diagnostică. Metoda permite atât determinarea calitativă, cât şi cantitativă a aminoacizilor în obiectele biologice și are importanţă pentru studierea metabolismului proteic. În diferite afecţiuni congenitale, precum și ale ficatului, rinichilor şi altor organe se constată modificarea conţinutului aminoacizilor în serul sanguin, urină etc. Rezultat:

20 1. Indicați pe banda de hârtie cromatografică linia de start, linia de front, centrul petelor colorate; distanța b; distanțele a pentru fiecare pată observată: Concluzii: Indicați, care aminoacizi sunt prezenți în amestecul studiat: 2. Calculați coeficientul de reperatiție (R) pentru fiecare aminoacid: Întrebări pentru autopregătire 1. Rolul biologic al proteinelor. 2. Nivelurile de organizare structural-funcțională a moleculei proteice: structura primară, secundară, terţiară şi cuaternară; caracteristica generală, legăturile specifice acestor structuri. Noțiuni despre domeniile structurale. 3. Clasificarea proteinelor. 4. Proteinele simple (albuminele, histonele) - proprietăţile şi particularităţile structurale. Rolul biologic. 5. Proteinele conjugate: nucleoproteinele, fosfoproteinele, lipoproteinele, glicoproteinele, metaloproteinele, cromoproteinele (hemo- și flavoproteinele), caracteristica lor generală. 6. Proteinele globulare. Hemoglobina structura şi rolul biologic. 7. Proteinele fibrilare: colagenul și elastina particularităţile componenţei aminoacidice şi structurale. Rolul biologic. 8. Proteinele fixatoare de Ca 2+ (factorii plasmatici ai coagulării, Са 2+ -АТФ-аза, calmodulina, colagenul) - particularităţile structurale care determina fixarea Са 2+. Rolul biomedical. Itemi pentru lucrul individual 1. Ce modificare a structurii hemoglobinei este caracteristică pentru anemia cu celule falciforme? Care sunt cauzele acestei modificări? Ce repercusiuni are modificarea structurii primare asupra nivelurilor superioare structurale, funcţiei proteinei şi stării eritrocitelor?

21 2. Colagenul, calmodulina, factorii plasmatici ai coagulării II, VII, IX şi X sunt proteine fixatoare de calciu. Ce particularitate structurală comună posedă aceste proteine? Care vitamină este necesară pentru realizarea funcției de fixare a calciului de către aceste proteine? Scrieţi reacţia la care participă vitamina respectivă. Care sunt sursele vitaminei? 3. Care sunt asemănările şi deosebirile structurale şi funcţionale ale mioglobinei şi hemoglobinei? Ce tip de hipoxie se dezvoltă în carenţele hemoglobinei? Care este nivelul normal al hemoglobinei sangvine?

22 4. Completaţi tabelul de mai jos: Cui ii aparține această definitie Ce legătură chimică se formează? Ce structură are așa proprietate? Ce legătură chimică posedă această proprietae? Scrieți structura care reprezintă: Ce legături chimice au capacitatea de a forma Este succesiunea aminoacizilor în lanţul polipeptidic determinată genetic. la interacţiunea grupei α- carboxilice a unui AA cu α- aminogrupa următorului AA Coplanaritate forme de rezonanţă (ceto și enol) configurația trans a substituenţilor în raport cu legătura C-N legături de hidrogen? Teste pentru autoevaluare 1. Referitor la structura secundară a proteinei sunt corecte afirmațiile: a) reprezintă aranjamentul lanţului polipeptidic intr-o structură ordonată b) e stabilită de interacţiuni hidrofobe şi ionice c) este alfa-helixul şi beta-structură d) este stabilizată de legături de hidrogen e) este stabilizată de legăturile peptidice Ex: fiecare legatură peptidică participă la formarea a două legături de hidrogen 2. Referitor la structura secundară a proteinei este corectă afirmația: a) apare datorită formării legăturilor ionice între lanţurile polipeptidice adiacente b) nu depinde de compoziția aminoacidică c) conferă proteinelor funcționalitate d) apare datorită formării legăturilor de hidrogen atât în limitele unui singur lanţ, cât şi între lanţurile adiacente e) este stabilizată de legături disulfidice, formate între radicalii metioninei 3. Referitor la alfa-elice sunt corecte afirmaţiile:

23 a) predomină în moleculele proteinelor fibrilare b) posedă simetrie elicoidală c) radicalii aminoacizilor participă la stabilizarea alfa-elicei d) legăturile de hidrogen se formează între grupările -CO şi -NH de pe aceeaşi catenă polipeptidică e) este stabilizată de legăturile peptidice 4. Referitor la structura terţiară a proteinelor sunt corecte afirmaţiile: a) la baza funcţionării proteinelor stau modificările conformaţionale b) domenile fac parte din această structură c) domenile determină functia specială a proteinei d) în cadrul structurii terțiare, radicalii cisteinei pot forma legături ionice e) în cadrul structurii terțiare, radicalii serinei pot forma legături disulfidice 5. Selectați perechile de aminoacizi, radicalii cărora pot forma legături de hidrogen: a) Lys Leu b) Phe Val c) Asp Ala d) Ser Cys e) Asn Thr 6. Selectați perechile de aminoacizi, radicalii cărora pot forma legături ionice: a) Lys Glu b) Trp Ile c) Asp Arg d) Gln Val e) His Met 7. Referitor la structura cuaternară a proteinelor sunt corecte afirmațiile: a) este organizarea protomerilor într-o moleculă proteică unică funcţională b) se formează prin legături între suprafețele de contact ale domeniior c) este o structură rigidă d) se realizează doar prin legături covalente e) nu se distruge prin denaturare 8. Referitor la structura cuaternară a proteinelor sunt corecte afirmațiile: a) asamblarea structurii cuaternare decurge prin faza de formare a intermediarilor b) este caracteristică pentru toate proteinele c) funcţionarea proteinelor oligomere e corelată cu deplasarea domeniior d) e o însuşire structurală a hemoglobinei e) e o însuşire structurală a mioglobinei 9. Selectaţi proteinele oligomere: a) hemoglobina (Hb) b) mioglobina c) LDH (lactatdehidrogenaza) d) imunoglobulinele e) creatinfosfokinaza 10. Referitor la colagen este corectă afirmația:

24 a) lanţul polipeptidic prezintă conformaţie de alfa-elice clasică b) conține multe resturi de cisteină c) se conține doar intracelular d) unitatea structurală a colagenului este tropocolagenul e) tropocolagenul se asamblează în fibrile doar prin legături slabe, necovalente

25 Tema 5 Data Proprietăţile fizico-chimice ale proteinelor. Metodele de separare şi purificare ale proteinelor Experienţa 1. Dializa proteinelor Principiul metodei: Metoda se bazează pe separarea macromoleculelor din soluţiile coloidale de substanţele micromoleculare cu ajutorul membranelor semipermeabile, care pot fi traversate de micromolecule, dar sunt impermeabile pentru macromolecule. Tehnica executării: 1. Într-un balon se toarnă 20 ml soluţie de ovalbumină la care se adaugă 20 picături de soluţie saturată de sulfat de amoniu. 2. Dintr-o foiţă de celofan, umezită în prealabil cu apă distilată, se confecţionează un săculeţ în care se toarnă conţinutul balonului. 3. Săculeţul se introduce într-un pahar cu apă distilată şi se cufundă astfel ca nivelul de lichid în săculeţ să fie mai jos de nivelul apei în pahar. 4. Se efectuează dializa timp de 60 minute. 5. La finele dializei se iau câte 1 ml de soluţie din săculeţ şi din vas şi se transferă în 2 eprubete. 6. Cu ambele soluţii se efectuează reacţia de identificare a ionului sulfat cu BaCl2: la 5 picături de soluţie de cercetat se adaugă 3-4 picături soluţie de BaCl2 de 5%. În prezenţa ionului sulfat, reacţia este pozitivă şi se observă apariţia precipitatului de BaSO4, conform ecuaţiei: (NH4)2SO4 + BaCl2 = 2NH4Cl + BaSO4 7. Cu ambele soluţii se efectuează reacţia biuretică cu scopul identificării proteinelor: la 5 picături de soluţie de cercetat se adaugă 5 picături de NaOH de 10% şi 2 picături de CuSO4 de 1%. În prezenţa legăturilor peptidice (-NH-CO-) ale proteinelor soluţia se colorează în roz-violet. 8. Rezultatele experienţei se introduc în următorul tabel şi se trage concluzia despre capacitatea moleculelor, ce se deosebesc după masa moleculară şi dimensiuni de a traversa membranele semipermeabile Rezultat: Soluţia cercetată Soluţia din săculeţ Soluţia din vas Substanţele prezente până la dializă Proteină (ovalbumină), (NH4)2SO4 H2O DIALIZA Reacţia biuretică Reacţia cu BaCl2 Substanţele prezente după dializă Concluzii:

26 Întrebări pentru autopregătire 1. Masa moleculară a proteinelor. Principiile de bază utilizate pentru determinarea masei moleculare (ultracentrifugarea,cromatografia, mas-spectrometria). 2. Proprietăţile amfotere ale proteinelor. Sarcina electrică a proteinelor. Factorii ce determină sarcina proteinei. Punctul şi starea izoelectrică. 3. Solubilitatea proteinelor. Proprietăţile hidrofile ale proteinelor în funcție de componența aminoacizilor, particularităţile structurale, ph și temperatură. Proprietățile soluțiilor proteice ca soluții coloidale. Stările de agregare a soluțiilor proteice (sol, gel, xerogel). 4. Denaturarea proteinelor, agenţii ce provoacă denaturarea. Modificările structurale ale proteinei la denaturare. Importanța biomedicală a denaturării. 5. Metodele de separare, purificare și analiză a proteinelor: a) salifierea; b) dializa; c) electroforeza; d) cromatografia (principiul metodelor, importanța biomedicală). Itemi pentru lucrul individual 1. Scrieți câte o tripeptidă cu ph-ul izoelectric în mediul acid, slab acid și bazic, respectiv. 2. Divizaţi în grupe conform solubilităţii următoarele proteine: albumina, hemoglobina, keratina, transferina, IgM, fibrina, protrombina, colagenul. Ce factori influenţează solubilitatea proteinelor?

27 3. Într-o soluţie sunt dizolvate histone şi albumine umane. Alegeţi soluţia tampon care trebuie utilizată pentru precipitarea fiecărui tip de proteină: sol. 1 ph=6,0; sol. 2 ph=7,4; sol. 3 ph=11,0. Care este mecanismul acestei metode de separare a proteinelor individuale din amestecuri? 4. O soluţie ce conţine albumine şi globuline este tratată cu soluţie de sulfat de amoniu ([NH4]2SO4) până la semisaturare, iar ulterior până la saturare. Ce efecte va avea această tratare asupra solubilităţii albuminelor şi globulinelor? Care este mecanismul de acţiune a (NH4)2SO4 asupra soluţiei proteice? 5. Spre care electrod vor migra albuminele şi histonele la ph=7,0, dacă linia de start este la mijlocul distanţei dintre anod şi catod? Explicaţi.

28 6. Ce metodă din cele enumerate mai jos poate fi utilizată pentru purificarea lichidelor biologice (ser, plasmă, limfă) de substanţe nocive micromoleculare: denaturarea, hidroliza, electroforeza, dializa, cromatografia de afinitate? Descrieţi principiul metodei şi utilitatea ei clinică. 7. Pentru fabricarea medicamentelor enzimatice este necesar de a separa şi purifica din surse biologice vegetale sau animale anumite enzime. Care din metodele enumerate mai jos este cea mai rapidă şi eficientă metodă de separare şi purificare a enzimelor: denaturarea, hidroliza, electroforeza, dializa, cromatografia de afinitate? Descrieţi principiul metodei. 8. Ce caracter hidrofil sau hidrofob, are fragmentul Gly-Ser-Asn-Trp-Tyr din structura primară a unei proteine? În conformaţia proteinei secvenţa este localizată în interiorul structurii sau la suprafaţa ei? Explicaţi de ce. Scrieţi structura secvenţei.

29 Teste pentru autoevaluare 1. ph izoelectric al tetrapeptidei Arg - Lys - His - Ala se află în zona ph-lui: a) b) c) d) 5,0 7,0 e) Proteina conține în % următorii AA: Arg - 10, Lys - 26, Val - 13, Pro - 35, Ala - 8, Gly - 8. La ph fiziologic proteina: a) migrează spre catod b) migrează spre anod c) are sarcină netă pozitivă d) are sarcină netă negativă e) nu posedă sarcină electrică 3. Selectați afirmațiile corecte referitoare la solubilitatea proteinelor: a) proteinele fibrilare sunt uşor solubile în apa pură b) solubilitatea proteinelor depinde de sarcina electrică şi membrana apoasă c) solubilitatea proteinelor depinde de natura solvenţilor şi temperatură d) proteinele fibrilare sunt mai solubile ca cele globulare e) solubilitatea proteinelor este maximală în punctul izoelectric 4. Selectați factorii ce stabilizează soluțiile proteice: a) membrana apoasă, ce apare la hidratarea grupelor funcţionale hidrofile b) sarcina electrică, dependentă de ph-ul mediului c) sarcina electrică, dependentă de prezența radicalilor hidrofobi ai aminoacizilor d) membrana apoasă, ce apare la hidratarea grupelor funcţionale nepolare e) sarcina electrică, dependentă de aminoacizii N- şi C-terminali 5. Selectați condiţiile de sedimentare a proteinelor: a) înlăturarea membranei apoase b) neutralizarea sarcinii electrice c) aducerea proteinei bazice la pi prin adaus de acid d) aducerea proteinei acide la pi prin adaus de bază e) hidroliza proteinei

30 6. Referitor la salifiere este corectă afirmația: a) este hidratarea moleculei proteice b) este însoțită de dehidratarea moleculei proteice c) este un proces ireversibil d) este provocată de metalele grele e) afectează structurile terţiară și cuaternară ale proteinei 7. Selectați afirmația corectă referitore la molecula proteică denaturată: a) se scindează legătura peptidică b) crește activitatea biologică c) se distrug structurile secundară, terțiară și cuaternară d) crește solubilitatea proteinei e) nu este influențată mobilitatea electroforetică a proteinei 8. Selectați proprietățile soluţiilor coloidale proteice: a) putere de difuzie sporită b) vâscozitate mărită c) difuzie redusă d) proprietăţi optice e) vâscozitate redusă

31 Tema 6 Data Totalizare la capitolul Chimia generală. Aminoacizii. Proteinele 1. Bioelementele organogene și minerale. Conținutul și caracteristica generală a principalelor bioelemente care alcătuiesc organismul uman. 2. Biomolecule- macro și micromolecule, molecule complexe. 3. Noțiuni de grupă funcțională. Tipuri de grupe funcționale specifice biomoleculelor. Caracteristica lor generală. 4. Tipuri de legături chimice specifice biomoleculelor. Caracteristica lor generală. 5. Apa, proprietățile fizice și chimice ale apei. Rolul apei în viața organismelor vii. 6. Principiile disociației electrolitice. 7. Principiile teoriei proteolitice acido-bazice Brönsted-Lowry. 8. Disocierea apei. Produsul ionic al apei. 9. Noțiune de ph. Calculul de ph și poh a soluțiilor. 10. Sisteme tampon. Acțiunea soluțiilor tampon. Ecuația Henderson-Hasselbalch. Capacitatea soluțiilor tampon. 11. ph-ul mediilor interne ale organismului. Sistemele tampon biologice (bicarbonat). 12. Aminoacizii rolul în organismele vii. Aminoacizii proteinogeni și neproteinogeni. 13. Clasificarea aminoacizilor după structura chimică, proprietățile fizico-chimice, principiul biologic. 14. Stereoizomeria, solubilitatea și proprietățile acido-bazice ale aminoacizilor:. 15. Proprietățile chimice ale aminoacizilor: reacțiile de carboxilare și decarboxilare, hidroxilare, dezaminare și transaminare. 16. Teoria polipeptidică a structurii proteinelor. Proprietățile legăturii peptidice. Notarea şi citirea aminoacizilor în peptide şi proteine. Aminoacizii N- și C-terminali 17. Metodele de determinare a compoziției și succesiuni aminoacizilor în lanțul polipeptidic. 18. Rolul biologic al proteinelor. 19. Nivelurile de organizare structural-funcțională a moleculei proteice: structura primară, secundară, terţiară şi cuaternară; caracteristica generală, legăturile specifice acestor structuri. Noțiuni despre domenele structurale. 20. Clasificarea proteinelor. 21. Proteinele simple (albuminele, histonele) - proprietăţile şi particularităţile structurale. Rolul biologic. 22. Proteinele conjugate: nucleoproteinele, fosfoproteinele, lipoproteinele, glicoproteinele, metaloproteinele, cromoproteinele (hemo- și flavoproteinele), caracteristica lor generală. 23. Proteinele globulare. Hemoglobina structura şi rolul biologic. 24. Proteinele fibrilare: colagenul și elastina particularităţile componenţei aminoacidice şi structurale. Rolul biologic. 25. Proteinele fixatoare de Ca 2+ (factorii plasmatici ai coagulării, Са 2+ -АТФ-аза, calmodulina, colagenul. Particularităţile structurale care determină fixarea Са 2+. Rolul biomedical. 26. Masa moleculară a proteinelor. Principiile de bază utilizate pentru determinarea masei moleculare (ultracentrifugarea, cromatografia, mas-spectrometria). 27. Proprietăţile amfotere ale proteinelor. Sarcina electrică a proteinelor. Factorii ce determină sarcina proteinei. Punctul şi starea izoelectrică. 28. Solubilitatea proteinelor. Proprietăţile hidrofile ale proteinelor în funcție de

32 componența aminoacizilor, particularităţile structurale, ph și temperatură. Proprietățile soluțiilor proteice ca soluții coloidale. Stările de agregare a soluțiilor proteice (sol, gel, xerogel). 29. Denaturarea proteinelor, agenţii ce provoacă denaturarea. Modificările structurale ale proteinei la denaturare. Importanța biomedicală a denaturării. Metodele de separare, purificare și analiză a proteinelor: a) salifierea; b) dializa; c) electroforeza; d) cromatografia (principiul metodelor, importanța biomedicală