Compozitia chimica a organismului

1. COMPOZIŢIA CHIMICĂ
A ORGANISMULUI

2. Viata pe planeta noastra apare sub forma existentei
“fiintelor vii”, a organismelor. Nu exista viata in afara
organismelor vii, din acest motiv nu exista nici o stiinta
a vietii, ci o stiinta a organismelor vii care constituie
domeniul de studiu al biologiei. Ea studiaza evolutia
acestor organisme in devenire, in existenta lor actuala
si relatiile multiple ale acestora cu obiectele si
fenomenele nevii din mediu ca si relatiile complexe
stabilite intre ele.
Fiziologia studiaza manifestarile externe ale vietii. Ea
este stiinta complexa a carei metoda de investigatie
este experimentul prin care incearca, pe langa
descrierea procesului sau fenomenului sa stabileasca
legile dupa metode cantitative chimice si fizice prin
care fenomenul fiziologic este cuantificat.
INTRODUCERE

3. Compozitia chimica a organismului animal
Din cele cca. 100 elemente chimice întâlnite în
litosferă şi atmosferă, un număr relativ mic participă
la alcătuirea materiei vii. Acestea se numesc
bioelemente. Deşi numărul bioelementelor se ridică
la 50, distribuţia lor este foarte diferită.
În compoziţia chimică a organismului animal
predomină 4 elemente esenţiale: oxigen, carbon,
hidrogen şi azot. Acestea se găsesc combinate în
diferite moduri, rezultând o mare varietate de
compuşi chimici. Aproximativ 70% din compoziţia
chimică a organismului este reprezentată de apă,
restul de 30% fiind reprezentat de substanţe
organice şi anorganice.

4. Principalele substanţe organice sunt
carbohidraţii, lipidele, proteinele şi acizii
nucleici, formate din molecule aparţinând
următoarelor clase de compuşi organici:
glucide, acizi graşi, aminoacizi şi nucleotide.

5. Dintre substanţele anorganice, cele mai reprezentative sunt elementele:
calciul, fierul, magneziul, fosforul, potasiul şi sodiul.
În tabelul 1 este indicată compoziţia chimică a organismului animal.
Substanţe Procente
Oxigen 65
Carbon 18
Hidrogen 10
Azot 3,4
Substanţe minerale 3,6
Na+ 0,17
K+ 0,28
Cl- 0,16
Mg2+ 0,05
Ca2+ 1,5
P 1,2
S 0,25
Fe2+/3+ 0,007
Zn2+ 0,002
Tabel 1. Compoziţia chimică a organismului animal

6. OXIGENUL
Este cel mai raspandit element din invelisul gazos, lichid si solid al
Pamantului.
Se gaseste:
- In stare libera sub forma moleculara in aer (20.9%), sub forma de ozon(O3)
in straturile superioare ale atmosferei
-in compusi: in substante organice (lipide, proteine, glucide, alcooli) si in
substante anorganice (apa, oxizi, silicati, carbonati, azotati, fosfati, sulfati).
Existenta oxigenului molecular in atmosfera Pamantului este de importanta
primordiala pentru viata. Vietuitoarele aerobe si plantele au nevoie de
oxigen. Animalele consuma oxigen pentru oxidarea diferitelor substante din
organism. Energia eliberata in procesul de respiratie este folosita de
vietuitoare pentru: functiile vitale si sinteza diferitelor substante din organism.
Animalele de uscat absorb oxigenul din aer prin plamani sau trahee.
Animalele acvatice folosesc oxigenul dizolvat in apa pe care il absorb prin
branhii sau prin membranele celulare.
In organismul uman, oxigenul reprezinta 65% din masa corpului.

7. APA CORPORALĂ
Apa este principalul constituent al organismului
animal şi este esenţială pentru viaţă. Este principalul
solvent al celulelor vii. Substanţele care se dizolvă în
apă se numesc polare sau hidrofile (sodiu, clor,
glucoza, etanol etc.) iar cele insolubile sunt denumite
non-polare sau hidrofobe (lipide, colesterol etc.).
Unele molecule de interes biologic au proprietăţi
mixte, având o parte hidrofilă şi alta hidrofobă. Ele
sunt cunoscute sub denumirea de substanţe
amfifilice.

8. Lichidele intra- şi extracelulare
Apa corporală poate fi împărţită în două categorii:
apa extracelulară şi apa intracelulară.
Lichidele extracelulare din cavităţile seroase
(ventriculele din creier, globul ocular) sunt
cunoscute sub denumirea de lichide transcelulare.
În continuare ele pot fi subdivizate în două
categorii: plasmă şi lichidul interstiţial.
Lichidul intracelular este separat de cel
extracelular prin membrana plasmatică a celulelor.

9. Difuziunea
În momentul în care o substanţă (solubilă) se dizolvă
într-un solvent, rezultând o soluţie, moleculele
substanţei solubile se dispersează în solvent, având
o mişcare browniană. Acest proces este cunoscut
sub denumirea de difuziune.
Rata de difuziune într-un solvent este dependentă de
temperatură (este mai mare la temperaturi ridicate),
de proprietăţile moleculelor, de magnitudinea
gradientului de concentraţie şi de suprafaţa de
difuziune. Aceste particularităţi sunt incluse într-o
constantă fizică cunoscută sub denumirea de
coeficient de difuziune.

10. Osmoza
Osmoza este difuzia unui solvent (de obicei apa)
printr-o membrană semipermeabilă, dintr-o soluţie
cu concentraţie mică de soluţie (potenţial mare al
apei) într-o soluţie cu concentraţie mare de soluţie
(potenţial mic al apei), până la un anumit gradient
de concentraţie al soluţiei. Este un proces fizic în
care un solvent se deplasează, fără a primi
energie, printr-o membrană semipermeabilă
(permeabilă la solvent, dar nu şi la soluţie).
Presiunea osmotică este definită ca presiunea
necesară pentru a menţine echilibrul, fără o
mişcare a solventului.

11. Trecerea de la apa dulce la cea sarata sau invers
necesita adaptarea fiziologica a pestilor, printr-un proces
de osmoreglare. In apa dulce, lichidele corporale ale
pestilor sunt mai sarate decat apa in care inoata. De
aceea, apa tinde sa patrunda in organism, la nivelul
mucoaselor sau prin piele, pentru a echilibra diferenta de
osmoralitate. Un peste de apa dulce isi mentine
concentratia lichidelor corporale prin eliminarea
surplusului de apa printr-o urina diluata. Cantitatea mare
de urina diluata eliminata permite pestelui sa nu se
satureze de apa. Spre deosebire de apa dulce, apa
sarata contine o concentratie mai mare de saruri
comparativ cu lichidele corporale ale majoritatii pestilor,
astfel incat procesul de osmoza actioneaza invers. Adica
pestele pierde apa la nivelul pielii si mucoaselor. Pentru a
evita deshidratarea, pestele inghite multa apa de mare si
elimina excesul de sare printr-o urina foarte concentrata.

12. Orice peste care se deplaseaza intre apa dulce si cea
sarata trebuie sa-si inverseze osmoza, pentru a-si putea
mentine constanta osmolaritatea lichidelor interne. Sunt
destul de putine specii care reusesc sa se adapteze si sa
supravietuiasca atat in apa dulce, cat si in cea sarata. De
altfel, multe din speciile care schimba mediul de viata,
trecand din apa dulce in cea marina sau invers, isi opresc
hranirea, tocmai pentru a putea sa-si controleze mai usor
procesul de osmoza. Asa se intampla cu somonii, care la
intrarea in apele dulci inceteaza hranirea, de asemenea cu
anghila, care odata iesita din apele dulci opreste hranirea,
efectuand migratia de 5000 de km peste Atlantic numai pe
baza rezervelor energetice stocate anterior! Alte specii insa
sunt capabile sa se adapteze si sa se hraneasca in ambele
medii de viata. Este cazul pastravului de mare si a altor
specii de pastravi, care migreaza in mare pentru a se hrani,
dupa care se reintorc pe rauri si paraie pentru reproducere.
Concentratia mare de hrana din apele marine le asigura
posibilitatea sa creasca de doua ori mai repede decat daca
ar ramane in apele dulci.

13. Tonicitatea
Tonicitatea unei soluţii se referă la influenţa osmolalităţii
sale (moli per kg de apă) asupra volumului celulelor. De
exemplu, prin introducerea eritrocitelor într-o soluţie
salină de 0,9% nu se observă variaţii de volum ale
acestora. Spunem că soluţia este izotonică, având o
osmolalitate de 310 mOsmol/kg. La o osmolalitate a
soluţiei saline de 260 mOsmol/kg, datorită permeabilităţii
selective a membranei eritrocitelor, se creează un flux
endosmotic, ce favorizează pătrunderea apei în eritrocite,
creşterea lor în volum, urmată de procesul de hemoliză.
În acest caz soluţia este hipotonică. În cazul soluţiilor
hipertonice (osmolalitatea de 360 mOsmol/kg) apa va
ieşi din eritrocite, producându-se ratatinarea eritrocitelor.

14. Filtrarea
Filtrarea este procesul de trecere a lichidelor printr-o
membrană permeabilă, pe care are loc reţinerea prin fenomene
predominant fizice a unor particule cu diametrul mai mare decât
porii membranari. Filtrarea este dependentă de gradientul de
presiune dintre cele două feţe ale membranei.
Ultrafiltrarea este un proces dirijat de forţe fizice prin care se
produce separarea unor molecule mari (proteine) de unele mai
mici (glucoza, Na+, K+, Cl- etc.).
Endoteliul capilarelor nu este permeabil pentru proteine
(albumină), fiind permeabil pentru molecule mici. Astfel, prin
contracţia inimii se creează un gradient de presiune de-a lungul
pereţilor capilarelor, prin care se forţează trecerea lichidelor din
capilare în spaţiul interstiţial. Acest proces are loc în toate
zonele vasculare, în special la nivelul capilarelor glomerulare
unde filtrează zilnic volume însemnate de plasmă.

15. GLUCIDELE
Glucidele reprezintă principala sursă de energie
a reacţiilor celulare. Ele au formula generală
Cn(H2O)m, câteva exemple fiind indicate în Fig.
1. Glucidele care conţin 3 atomi de carbon sunt
cunoscute drept trioze (gliceraldehida), cele cu
5 atomi de carbon sunt pentoze (riboza), iar
cele care conţin 6 atomi de carbon sunt hexoze
(fructoza şi glucoza).

16. Fig. 1. Structura carbohidraţilor

17. Prin combinarea a două monozaharide urmată de
eliminarea unei molecule de apă se formează
dizaharidele. Prin combinarea fructozei cu glucoza se
formează sucroza, iar prin combinarea glucozei cu
galactoza se formează lactoza, principalul glucid din
lapte. Prin polimerizarea monozaharidelor se formează
polizaharidele (amidon, glicogen).
Deşi glucidele reprezintă sursa majoră de energie a
celulelor, ele reprezintă constituenţii unor alte molecule.
Astfel, acizii nucleici (ADN şi ARN) conţin pentoze
(dezoxiriboza şi riboza). Riboza este una din
componentele nucleotidelor purinice, jucând un rol central
în metabolismul celular. Unele hexoze au o grupare
amino în locul unei grupări hidroxil (hexoamine).
Hexoaminele intră în structura glicoproteinelor
(constituenţi ai oaselor şi ţesuturilor conjuctive) sau a
glicolipidelor (constituenţi ai membranelor).

18. LIPIDELE
Lipidele reprezintă o grupă de substanţe insolubile în apă dar
solubile în solvenţi organici. Ele îndeplinesc următoarele
funcţii:
- sunt elementele structurale principale ale membranei
celulare
- rezervă energetică
- molecule semnal (hormoni steroidici şi prostaglandine)
- strat izolator
Trigliceridele sau triacilglicerolii sunt formate din 3 acizi graşi
legaţi de glicerol prin legături esterice (Fig. 2.).

19. Fig. 2. Structura chimică a acizilor graşi, gliceridelor şi a steroizilor

20. Digliceridele au 2 acizi graşi cuplaţi cu glicerolul în timp ce
monogliceridele doar unul. Acizii graşi au formula generală
CH3(CH2)nCOOH. Ca exemple: acidul acetic (2 atomi de
carbon), acidul butiric (4 atomi de carbon), acidul palmitic (16
atomi de carbon) şi acidul stearic (18 atomi de carbon). În
general, trigliceridele conţin acizi graşi cu mulţi atomi de
carbon (acidul linoleic - 18 atomi de carbon cu două legături
duble şi acidul arahidonic - 20 atomi de carbon cu patru
legături duble). Deşi la mamifere şi la om nu se sintetizează
aceşti acizi graşi nesaturaţi, ei joacă un rol important în
metabolismul celular. Ei sunt cunoscuţi sub denumirea de
acizi graşi esenţiali.
Lipidele structurale sunt componentele principale ale
membranelor celulare. Din categoria lor fac parte:
fosfolipidele, glicolipidele şi colesterolul.

21. AMINOACIZII ŞI PROTEINELE
Proteinele îndeplinesc o mare varietate de funcţii în organism:
- catalizează reacţiile chimice (enzime)
- sunt implicate în transportul moleculelor şi ionilor în organism
- sunt responsabile de transportul moleculelor şi ionilor la nivelul
membranelor
- formează citoscheletul
- formează ţesuturile conective
- intervin în funcţia de apărare a organismului (imunoglobulinele)
- acţionează ca molecule semnal (insulina)
Unităţile structurale de bază ale proteinelor sunt α-aminoacizii.
Proteinele sunt formate din 20 de aminoacizi diferiţi, care sunt grupaţi în
următoarele clase:
- aminoacizii monoamino-dicarboxilici (acid aspartic şi acid glutamic)
- aminoacizii diamino-monocarboxilici (arginina, lizina)
- aminoacizi aromatici (fenilalanina, tirozina)
- tioaminoacizi (cisteină, metionină)
Aminoacizii se pot combina între ei prin legături peptidice. Peptidele cu un
număr mare de aminoacizi se numesc polipeptide.

22. Aminoacizii esenţiali
Cei 20 de aminoacizi naturali constituie alfabetul
proteinelor. Distribuţia lor calitativă şi cantitativă într-
o proteină determină caracteristicile chimice,
valoarea ei nutritivă şi funcţiile ei metabolice în
organism. Dintre cei 20 de aminoacizi uzuali,
organismul uman şi al vertebratelor superioare
poate sintetiza un număr limitat, restul trebuie să fie
furnizaţi zilnic prin hrană şi se numesc aminoacizi
esenţiali. Cei mai mulţi autori, consideră drept
aminoacizi esenţiali următorii: valina, fenilalanina,
metionina, lisina, triptofanul, iar alţi autori includ şi
leucina, izoleucina, treonina şi histidina.

23. NUCLEOSIDELE, NUCLEOTIDELE
ŞI ACIZII NUCLEICI
Informaţia genetică a organismului este
depozitată în acidul dezoxiribonucleic (ADN).
ADN este format din nucleotide. Acidul
ribonucleic (ARN) are o structură primară
similară. Fiecare nucleotidă cuprinde o bază
cuplată cu o pentoză, care în schimb este
legată cu o grupare fosfat (Fig. 4). Bazele
acizilor nucleici sunt citozina, timina şi uracilul
(baze pirimidinice) şi adenina şi guanina
(baze purinice).

24. Nucleosidele si nucleotidele
 Nucleosidele rezultă prin combinarea unei baze cu o
pentoză. Astfel, prin combinarea adeninei cu riboza
rezultă adenozina; timidina rezultă prin combinarea
timinei cu riboza.
 O nucleotidă rezultă prin combinarea unei
nucleoside cu una sau mai multe grupări fosfat.
Astfel, prin combinarea adenozinei cu o grupare
fosfat se formează adenozin monofosfatul (AMP),
uridina va forma uridin monofosfatul etc.
Nucleotidele sunt elementele structurale de bază ale
acizilor nucleici.

25. Coenzime nucleotidice
Nucleotidele se pot combina între ele sau cu alte
molecule rezultând coenzime. Adenozin
monofosfatul (AMP) se poate cupla cu o grupare
fosfat formându-se adenozin difosfatul (ADP) sau
cu două grupări fosfat rezultând adenozin trifosfatul
(ATP). ATP joacă un rol important în metabolismul
energetic al celulelor.

26. Fig. 4. Componentele structurale ale nucleotidelor şi acizilor nucleici

27. Acizii nucleici
În natură există două tipuri majore de acizi
nucleici: ADN şi ARN. În structura ADN
întâlnim dezoxiriboza şi bazele adenina,
guanina, citozina şi timina (A, G, C şi T), iar
în structura ARN întâlnim riboza şi bazele
adenina, guanina, citozina şi uracilul (A, G, C
şi U).

28. VA MULTUMESC!