1

Facultatea de tiina i Ingineria Mediului

ELEMETE DE BIOLOGIE I MICROBIOLOGIE

SUPORT TEORETIC PETRU LUCRARILE PRACTICE

SELECTIUNI DIN MANUAL SI

TEMATICA PENTRU PREGATIREA EXAMENULUI SCRIS

Specializarea Ingineria Mediului i Ingineria Sistemelor Biotehnice i Ecologice

Titular:

ef de lucrri dr.biolog Malschi Dana, Cercettor tiinific I / membru asociat al Academiei de tiine Agricole i Silvice

2014-2015

2

TEMATICA LUCRRILOR PRACTICE

Seminar / laborator (Teme / indici dup lista bibliografic)

Metode de predare

Observaii

1. Teoria general a sistemelor ca mijloc eficient n cercetarea mediului biotic. Teoria nivelurilor de integrare i ierarhia sistemelor vii. Caracteristicile celor 5 regnuri-Structuri celulare. Bibl.: 1, 8, 10.

Studiul materialului biologic

Microscopie, demonstraii practice

2. Asociaii de organisme vii. Ecosisteme terestre. Ecosisteme acvatice subterane, de ape interioare, marine. Specii bioindicatoare a polurii i ecotoxicitii n mediu terestru i acvatic.Bibliogr.: 1. 5. 10.

Studiul materialului biologic

Muzeul de zoologie, botanic etc.

3. Ecologie aplicat la mediu. Succesiuni abiogene. Succesiuni biogene. Succesiuni tehnogene. Stabilizarea ecosistemului. Conceptul de climax. Biotehnologii i reconstrucia ecologic. Bibliografie: 8.10.

Demonstraii. Studii de caz

Depoluare, bioremediere, reconstr.eco.

4. Clasificarea, structura, importana funcional a moleculelor organice (glucide, lipide, protide, biomacromolecule etc.).Bibl. 4.8.10

Studiul structurilor

Tem scris/ Structuri mol.

5. Integrarea sistemului celular animal. Schimburile celulare, permeabilitatea celular. Celula vegetal. Structuri funcionale. Bibliografie:2.7.10.

Studiul materialului biologic

Microscopul electronic /struct. func.

6. Integrarea organismului animal pluricelular, mecanismele trofice, hormonale, nervoase de integrare. Bibl.: 6.7.10.

Studiul structurilor

Microscopie. Tem scris

7. utriia animal. Nevoile de hran ale organismelor animale/ substane plastice, energetice, vitamine, sruri minerale. Funcia digestiv, respiratorie, circulaia. Metabolismul. Bibliografie: 6.7.10.

Demonstraii. Dieta i raia alimentar

Efectul carenelor nutriionale

8. Elementele minerale n nutriia plantelor. Influena metalelor grele, detergenilor, srurilor, pesticidelor etc. asupra proceselor de germinaie i dezvoltare a plantelor. Bibl.2.10.

Experien n germinatoare vase de veget

Ecotoxicitate, fitoextracie, fitoacumulare

9 Metabolismul plantelor. Metabolismul substanelor de rezerv - lipide, proteine, glucide. Metabolismul secundar-Terpene, fenoli, alcaloizi. Metabolismul respirator. Bibliografie:2.10.

Seminar / Prezentare Referat 1

Referat 1 /ecofiziologie ambientala

10.Taxonomia, morfologia, fiziologia, ecologia, rolul microbiotei solului. Metode cantitative i calitative in microbiologie. Bibl. 3, 9.10.

Material biologic

Microscopie, demonstraii

11. Tipuri de microorganisme din sol. Numrul, distribuia, relaiile ecologice ale microorganismelor din sol. Bibl.: 9.10.

Material biologic

Microscopie, demonstraii

12. Tipuri de microorganisme din ape. Distribuia si factorii care condiioneaz microbiota apelor. Bibliogr.: 3. 5. 10.

Material biologic

Microscopie, demonstraii

13. Asociatii de organisme acvatice. Bibl. : 5. 10. Material Microscopie 14. Prezentare referat 2 / Rolul microorganismelor si plantelor n depoluare i protecia mediului. Bibl. 3,10

Seminar / Prezentare

Referat 2 / microbiologie

Bibliografie selectiv / curs i seminarii-lucrri practice 1. BERCA M. 2006. Planificarea de mediu si gestionarea resurselor naturale. Ed. Ceres Bucuresti 2. DOBROT CRISTIA, MASAMICHI YAMASHITA, 1999. Creterea i dezvoltarea plantelor. Casa de ed.Gloria 3. DRGA-BULARDA M., SAMUEL A. D., 2006. Microbiologie general. Ed. Univ. Oradea 4. HAIDUC IOVACA, L.BOBOS, 2005. Chimia mediului si poluanii chimici, Ed. Fundatiei pentru Studii Europene, Cluj-apoca. 5. PRICOPE, F., 2000, Hidrobiologie, Univ. Bacau, Fac. De Litere si Stiinte, Sectia Biologie 6. PATE GHERGHEL, 2000. Fiziologie cu elemente de comportament. Casa crii de tiin. Cluj 7. ROCA I. DUMITRU, 1977. Fiziologia animalelor. Ed. Didactic i pedagogic, Bucureti. 8. STUGRE BOGDA , 1994. Ecologie teoretic. Ed. Sarmis, Cluj apoca. 9. TEFAIC G., Sndoiu D.I., Gheorghi iculina, 2006. Biologia solurilor agricole. Ed. Elisavaros.Buc. 10. MALSCHI DAA, 2009. Elemente de biologie, ecofiziologie si microbiologie.(Biocenologie terestra. Biologia solului. Hidrobiologie. Ecosisteme antropizate.) ote de curs si aplicatii practice, Manual in format electronic. Facultatea de Stiinta Mediului, Universitatea Babes-Bolyai. Editura Bioflux, Cluj-apoca. 634 pg. ISB 978-606-92028-4-5. http://www.editura.bioflux.com.ro/carti-2009/

3

TEMATICA DE EXAME SI TEXT EXTRAS DI CURS 2014-15

ELEMETE DE BIOLOGIE SI MICROBIOLOGIE Documentatie: Extras din suportul de curs

(Paginatia dupa prezentul text). (paginatia dupa manualul online editura Bioflux 2009)

1. Documentatie (facultativa): Partea I. Elemente de biochimie. Structuri functionale la nivelul biomacromoleculelor. (p. 4-19) Structura si clasificarea biomacromoleculelor (pentru tema scrisa)

Partea 1. 51-55 si 63, 64-67 si 75, 76-85, 87-92, 109-110, 119, 120-121

2. Documentatie (facultativa): Partea II-III. Ecofiziologie vegetal i animal, microbiologie: Integrarea ambientala la nivel celular. Structuri functionale ale celulei (pentru tema scrisa):

Structurile funcionale ale celulei vegetale p19-30 partea 2 p 155-173 Structurile funcionale ale celulei animale p31-38 partea 2 p 174-185 Structurile funcionale ale celulei bacteriene (peretele celular, incluziunile)

p 39-49 partea 3 p 352-356; 361-374

Tematica obligatorie pentru examenul scris

3. Partea a II-a. Integrarea in mediu a organismelor pluricelulare (p 50)

Tematica pentru REFERATUL 1 :

4 Funciile de nutriie la animale i om (p 49-70) - Rolul nutrientilor-glucide, lipide, protide, vitamine, sruri minerale, ap.

- Metabolismul animal. Lantul respirator.

partea 2 p.235-253 partea 2 p.254-271

5 utriia plantelor (p 71-94) - Rolul nutrienilor, apa, srurile minerale

Metabolismul plantelor. - Anabolismul-Catabolismul glucidelor. - Fotosinteza

partea 2 p.211- 225 (196-209 Facultativ) p.188-195 p. 218-221

Tematica pentru REFERATUL 2 :

6. Partea a III-a MICROBIOLOGIE. utriia bacteriilor (p95-105). Bacterii autotrofe: Fotoautotrofe. Chimioautotrofe (semnificatia biologica, importanta de mediu, clasificarea)

partea 3. p.388-416

7. Microbiota solului (106-108) partea 3 p 416-420 8. Microbiota apei (109-112) partea 3 p 420-424

9. Rolul spatiilor verzi in combaterea poluarii (113-114) partea 3 p 312-313

10. Partea a IV-a HIDROBIOLOGIE Asociatii de organisme acvatice (115-124)

Partea 4 p 468-476

Documentatie: Extras din suportul de curs: Dana Malschi, 2009. Elemente de biologie, ecofiziologie i microbiologie. "ote de curs i aplicaii practice. Facultatea de tiina Mediului, Universitatea Babe-Bolyai Cluj-apoca. Editura Bioflux, 2009, Cluj-apoca, ISB: 978-606-2028-4-5, Manual online Publicat n: http://www.editura.bioflux.com.ro-carti-2009

4

SELECTIUI DE TEXT DI CURS ELEMETE DE BIOLOGIE SI MICROBIOLOGIE

Partea I-a. Elemente de biochimie Structuri functionale la nivelul biomacromoleculelor. Structura si clasificarea biomacromoleculelor Compui ciclici

3. Compui ciclici 3.1. Compui carbociclici (izociclici), ciclopentan, ciclohexan. Structuri policiclice- structura steranic, steranul. 3.2. Compui aromatici. Nucleu aromatic. Benzenul C6H6 3.3. Compui heterociclici cu oxigenul, azotul, sulful. Heterocicluri cu cinci atomi (pentaatomice), cu ase atomi (hexaatomice); Heterocicluri monoheteroatomice, heterocicluri poliheteroatomice. 3.3.1. Heterocicluri monoheteroatomice, 3.3.1.a. Heterocicluri monoheteroatomice de 5 atomi:

Ciclul furanic - furan, furfuralul, oximetilfurfuralul, din deshidratarea glucidelor. Ciclul pirolic- pirol, din hemoglobina, clorofila, enzime: citocromii, peroxidaze i catalaza. Ciclul indolic-indol(benzopirol), triptofan, triptamina, acidul indolilacetic (fitohormon). Ciclul tiofenic (tiofen)

3.3.1.b. Heterocicluri monoheteroatomice de 6 atomi: Ciclul piranic - hidropiranul, din glucide. Ciclul benzopiranic din vitaminele E , P, n pigmenii flavonoidici. Ciclul piridinic - piridina, din vitaminele B6, unele enzime.

3.3.2. Heterocicluri poliheteroatomice. 3.3.2. a.Ciclurile pentaatomiceazoli:

1,2-diazol (pirazol) din antipirina, piramidon, derivai: aminoacizi, ureide. 1,3-diazol (imidazol) derivai: aminoacizi, ureide. 1,2-oxazol, 1,3-tiazol, n vitamina B1, n penicilin, n sulfatiazol.

3.3.2. b. Ciclurile hexaatomice - azine. Diazine: Pirimidina, ciclul pirimidinic din bazele pirimidinice: citozina (C) in AD i n AR; timina (T) numai n AD, uracilul (U) numai n AR; Pirazina n acidul folic (vitamin B). ucleul purinic (format dintr-un heterociclu pirimidinic i unul imidazolic), din bazelor purinice adenina (A) i guanina (G), ale acizilor nucleici (AD, AR) i din enzime, din acidul uric (produs de excreie azotat), i alcaloizi (teobromina, teofilina, cofeina). ucleul aloxazinic-ciclu benzenic, pirazinic, aloxazinic, vitamina B2, n coenzime

Glucide simple Glucidele. 1. Constituie chimic. Clasificare. Rolul n organismele vii.

Glucidele, numite i zaharide sau carbohidrai, se gsesc n mod natural n plante. Plantele sintetizeaz carbohidraii prin procesul de fotosintez. Animalele nu pot sintetiza carbohidraii, ele fiind dependente de regnul vegetal. Animalele convertesc carbohidraii din hrana vegetal n glicogen (carbohidratul animal), pe care l pstreaz ca rezerv de energie, n organism.

Glucidele reprezint o clas de substante naturale de importan biologic deosebit pentru via, deoarece ele alctuiesc, ca biomolecule organice, cea mai mare parte din materia organic a planetei. Alturi de lipide i protide, sunt constituenii de baz ai materiei vii, predominnd n regnul vegetal, unde 50 - 80% din substanele ce alctuiesc celulele i esuturile sunt glucide. Animalele conin 1-5% glucide. Denumirea de glucide sau zaharuri provine de la gustul lor dulce (glikis = dulce, sakkharon = substan dulce, n limba greac). ns, numeroase glucide ca amidonul, celuloza nu au gust dulce, dup cum exist i unele substane dulci care nu sunt glucide: glicocolul (aminoacid), glicerolul (alcool), zaharina (imid).

Glucidele au n molecul C, H i O, fiind substane cu funciuni mixte, ce conin grupri carbonilice (de tip aldehid : CH = O sau de tip ceton: >C = O ) i grupri hidroxilice (OH). Glucidele sunt polihidroxi aldehide sau polihidroxi ceton.

5

Denumirea lor provine din formula lor empiric {CH2O}n sau Cx(H2O)y. Majoritatea glucidelor simple corespund formulei generale (CH2O)n, de aceea au fost numite i hidrai de carbon, nomenclatur nejustificat i abandonat, ntruct hidrogenul i oxigenul nu sunt legai sub form de ap de atomul de carbon.

O serie de glucide, nu corespund acestei formule brute: deoxiriboza, C5H10O4, ramnoza C6H10O5, iar alte substane, care nu sunt glucide, corespund formulei generale a glucidelor: (acid acetic C2H4O2: CH3COOH; acid lactic C3H6O3: CH3CH(OH)COOH .a.),

Din punct de vedere biochimic i fiziologic, glucidele au roluri extrem de importante: rol structural, fiind principalele substane de susinere pentru plante; rol energetic, fiind combustibilul principal al tuturor organismelor, rol funcional, avnd rol fundamental n oxidrile biologice i, de asemenea, prin

metabolizarea lor ducnd la compui intermediari din care se formeaz: lipide, protide, ceto-acizi, glicerol etc.

Rspndire. Glucidele sunt rspndite n special n regnul vegetal, constituind peste 50% din substanta uscat a plantelor. Plantele verzi sunt singurele care biosintetizeaz glucide, prin fotosintez, folosind CO2, ap i energie luminoas, n prezena clorofilei. n plante cele mai simple glucide, monoglucidele, se formeaz prin procesul de fotosintez din substane anorganice simple (CO2 i H2O) n prezena clorofilei, a radiaiilor solare i a srurilor minerale din sol. Monoglucidele se transform apoi n poliglucide: amidon, celuloz. Glucidele de origine vegetal constituie componentele de baz ale alimentaiei omului i animalelor, organismul animal fiind dependent din acest punct de vedere de organismele vegetale. n organismele animale coninutul de glucide este mult mai redus (1-5%), depinznd de specie: - suine 1,2%; psri i ovine 1,6%, bovine 1,7% i cabaline 1,8%. Glucidele din organismul animal pot s fie monoglucide (glucoza), diglucide (lactoza) i poliglucide de rezerv (glicogenul) sau de structur (mucopoliglucide). Constituie chimic general i clasificare

Glucidele simple sunt polihidroxi-aldehide sau polihidroxi-cetone, care conin de 1a 3 la 10 atomi de carbon. Glucidele care conin o grupare aldehidic, se numesc aldoze, iar cele care conin o grupare cetonic, se numesc cetoze.

Cele mai simple glucide sunt: HC=O H2C OH

HC OH C=O H2C OH H2C OH Aldehida Dihidroxiacetona gliceric (cetoz) (aldoz)

Glucidele superioare sunt formate din dou sau mai multe molecule de glucide simple, prin eliminare de molecule de ap. Glucidele se clasific n: monozaharide, dizaharide, oligozaharide i polizaharide. Clasificarea glucidelor Oze (monozaharide)

Aldoze i Cetoze

Trioze, tetroze, pentoze, hexoze, heptoze, octoze, nonoze, decoze .

Ozide (glucide superioare)

Holozide (conin numai resturi de oze)

Oligozaharide (conin 2-7 resturi identice sau diferite de oze). - dizaharide sau diglucide; - triglucide, tetraglucide ... , heptaglucide.

6

Polizaharide (conin de la 8 - sute, mii de resturi de oze): - Poliglucide omogene sau homopoliglucide (conin resturi omogene de oze), - Heteropoliglucide (conin resturi diferite de oze). Glicozizi Glicoproteide

Heteroglucide (conin oze i agliconi) Glicolipide

Monozaharidele (ozele) sunt glucide simple cu numr mic de atomi de carbon n molecul i care nu pot fi hidrolizate, fiind substane monomoleculare.

Ozidele (glucidele superioare) sunt formate prin unirea mai multor molecule de monoglucide (oze) cu eliminare de ap. Prin reacia de hidroliz holozidele formeaz numai oze iar heteroglucidele se desfac n oze i alte substane neglucidice numite agliconi (alcooli, fenoli, alcaloizi, pigmeni etc.).

MOOGLUCIDE (MOOZAHARIDE) Monozaharidele sunt carbohidrai care nu pot fi hidrolizai n zaharide mai simple. Uzual sunt

numite zaharuri, cel mai cunoscut fiind glucoza. Ea este sintetizat n frunze n procesul de fotosintez. Clorofila din frunze absoarbe energia luminoas, care este utilizat pentru sinteza glucozei, din CO2 provenit din aer i apa cu sarurile minerale din sol. In timpul acestui proces, planta produce i oxigen pe care-l elibereaz n aer:

6CO2 + 6H2O --fotosinteza C6H12O6 + 6O2 Glucoza este folosit de plant n mai multe moduri :

o parte este transformat n amidon i depozitat; o parte este transformat n celuloz care asigur structura lemnoas; o parte constituie rezerva de energie chimic att pentru plante ct i pentru

animalele care consum planta. Energia este eliberat prin procesul invers fotosintezei, adica prin respiraie : C6H12O6 + 6O2 --respiratie 6CO2 + 6H2O

Monozaharidele sau ozele, conin n molecula lor ntre 3 i 10 atomi de carbon i dou tipuri de grupri funcionale: a) carbonil: aldehida sau cetona b) hidroxil care poate fi alcool primar ( CH2OH ) sau alcool secundar: Monoglucidele sunt, deci, hidroxi-aldehide i hidroxi-cetone cu catena liniar, rar ramificat. Dup numrul atomilor de carbon din molecul ele pot fi: trioze, tetroze, pentoze, hexoze, ... i decoze.

Cele mai simple glucide sunt cele dou trioze: aldehida gliceric i dihidroxi-acetona:

H C = O H2C OH

H C OH C = O H2C OH H2C OH

Aldehida Dihidroxi glicerica acetona

\ CH OH /

R \ C=O / R1

O // R C \ H

7

n reprezentarea liniar a glucidelor s-a convenit ca atomii de carbon s fie numerotai ncepnd cu atomul de C care reprezint gruparea aldehidic sau de la atomul de carbon cel mai apropiat gruprii cetonice.

Monozaharidele care contin gruparea aldehidic, HC = O, se numesc aldoze iar cele care contin gruparea cetonica, > C = O, se numesc cetoze.

H 1C = O H C = O CH2OH H 2C OH H C OH C = O H C = O HO 3C H HO C H HO C H H C OH H C = O H 4C OH HO C H H C OH H C OH H C OH H 5C OH H C OH H C OH H C OH H C OH 6CH2OH CH2OH CH2OH CH2OH CH2OH glucoza galactoza fructoza riboza eritoza (aldohexoza) (aldohexoza) (cetohexoza) (aldopentoza) (aldotetroza)

Monozaharida aldehidic C6H12O6 are 16 izomeri, dar glucoza i galactoza sunt cele mai importante. Majoritatea zaharurilor exist predominant ca structur ciclic, formata din 5 sau 6 atomi. Astfel glucoza se gsete ca structur ciclic unde atomul C1 este legat de atomul C5 . Glucoza se gsete n stare natural n plante i esuturi animale. Uzual glucoza se mai numete dextroz. Este componentul unor dizaharide (sucroza sau zaharoza, maltoza, lactoza) i monomerul unor polizaharide (celuloza si glicogen). Poliglucide p 68-74* ; p77 * POLIGLUCIDE (POLIZAHARIDE) Proprietile i clasificarea poliglucidelor. Cea mai mare parte din monoglucidele naturale apar n organismele vii sub form de compui macromoleculari, denumii poliglucide sau polioze, care prin hidroliz dau exclusiv monoglucide sau monoglucide i derivai ai acestora. Poliglucidele se gsese att n regnul vegetal, ct i n cel animal i au o importan biologic deosebit, ntruct ndeplinesc n organismele vii diferite roluri:

- plastic, intrnd n structura pereilor celulari, - substane de susinere i protecie, - rezerv energetic.

Poliglucidele sunt formate dintr-un numr mare de resturi de monoglucide sau derivai ai acestora, legate ntre ele prin legturi glicozidice rezultate n urma eliminrii de ap dintre hidroxilii semiacetalici i cei alcoolici din moleculele ozelor. Multe poliglucide conin n structura lor uniti diglucidice repetative, cum ar fi maltoza n amidon i glicogen sau celobioza n celuloz.

Reacia general de formare a unor poliglucide formate numai din hexoze, este: -(n-1)H2O n C6H12O6 --------------------> (C6H10O5)n , unde n poate lua diferite valori. Formula molecular a unei polizaharide este {C6H10O5}n, unde n are valori de ordinul sutelor i miilor.

Poliglucidele au anumite proprieti fizice i chimice generale i anume: - majoritatea sunt pulberi albe, cu aspect amorf, insolubile sau greu solubile n ap. Cele solubile n ap formeaz cu acestea soluii coloidale, datorit faptului c moleculele poliglucidelor sunt foarte mari; structura poliglucidelor este cristalin i format din uniti structurale diglucidice;

8

- legturile glicozidice dintre monoglucide sunt de tipul 1-4, ns se ntlnesc i legturi glicozidice de tip l-6, 1-3 i 1-2. - pot prezenta o structur liniar sau ramificat; - sunt optic active; - nu au proprieti reductoare, ntruct resturile de monoglucide sunt legate ntre ele prin intemediul hidroxilului semiacetalic; - gruprile alcoolice libere (trei pentru fiecare rest de monoglucid) pot reaciona cu compui hidroxilici sau acizi, formnd eteri sau esteri; - prin hidroliz acid sau enzimatic, poliglucidele se scindeaz n produi cu masa molecular tot mai mic, iar n final se obin monoglucidele componente, paralel cu naintarea procesului de hidroliz crete caracterul reductor al amestecului de reacie.

Clasificarea general. Poliglucidele se mpart n dou mari clase, n funcie de structura lor: - omogene, care dau prin hidroliz o singur oz sau derivat al ei; - neomogene, care prin hidroliz dau natere la un amestec de oze sau/i derivati ai acestora. POLIGLUCIDE OMOGEE

Cele mai cunoscute poliglucide omogene Hexozani sunt: amidonul, glicogenul i celuloza. Poliglucidele omogene sunt larg rspndite, n special n regnul vegetal. Dup natura ozei care le alctuiesc, ele pot s fie hexozani (formate din hexoze), pentozani (formate din pentoze) i poliglucide formate din derivai ai monoglucidelor (esteri sau aminoglucide).

Clasificarea poliglucidelor omogene Structura poliglucidelor omogene Amiloza (unitatea diglucidic este maltoza, format din glucoz (-D-glucopiranoz), cu legturi de tip 1-4--glicozidic.)

Amidonul, amestec de dou componente poliglucide diferite:

Amilopectina - glucan ramificat (unitile diglucidice: maltoza i izomaltoza formate din -D-glucopiranoz cu legturi de tip 1,4-- i 1,6--glicozidice)

Glicogenul (structura similar amilopectina din amidon).

Glucani

Celuloza (format din resturi de -D-glucoz, legate prin legturi 1,4--glicozidice). (unitatea diglucidic este celobioza) Macromoleculele sunt filiforme, paralele, cu legturi de hidrogen ntre ele.

Manani Galactani

1 Hexozani

Fructani Arabani 2 Pentozani. Xilani Monoglucide esterificate

3 Alctuite din derivai ai ozelor Aminoglucide

N-acetilate Chitina Format din -D-glucozamin-N-acetilat, prin

legturi 1,4--glicozidice. Hexozani

Din aceast grup, cele mai importante sunt poliglucidele n structura crora particip numai glucoza. Aceste poliglucide se numesc glucani. Principalii glucani sunt: amidonul, celuloza i glicogenul.

AMIDOUL este cel mai important poliglucid de rezerv al plantelor i constituie

9

principala surs de glucoz pentru alimentaia omului i hrana animalelor. Este un poliglucid omogen, cu structur macromolecular ramificat, format din resturi de glucopiranoz unite prin legturi 1-4 glicozidice. Formula molecular (C6H10O5) n , gradul de polimerizare (n) fiind de ordinul miilor. Unitatea structural este diglucidul maltoz.

Amidonul este polimerul glucozei, un poliglucid vegetal, format prin fotosintez la nivelul

frunzelor, de unde este transportat la diverse organe i depozitat sub form de granule de mrime, structur i aspect caracteristic pentru diferite specii vegetale. n boabele de cereale se gsete n cantiti mari (75% n orez, 64% n gru, 65-75% n porumb, 56% n secar, 54% n orz, 43% n ovz), n mazre 40%, n tuberculii de cartofi 14-18%, n plante tropicale-manioc.Porumbul, grul, orezul, cartofii i maniocul sunt cele mai importante materii prime naturale pentru extragerea, cu ajutorul apei, a amidonului. Amidonul este o pulbere alb higroscopic, insolubil n ap rece, n alcool i eter, iar cu ap cald formeaz soluii coloidale, care la rece se gelific, formnd cleiul de amidon sau coca. Soluiile diluate de amidon sunt optic active i dau cu iodul o coloraie albastr-violet caracteristic, intens, cunoscut ca reacia de identificare a amidonului. Amidonul prezint caracter slab reductor i o activitate optic puternic dextrogir. Granula de amidon este format din dou componente, repartizate uniform, diferite structural: amiloza i amilopectina. Raportul n care apar n granula de amidon este de 1/3 (cca. 25 % amiloz i 75 % amilopectin).

AMIDOUL = AMESTEC DE AMILOZA I AMILOPECTIA. AMILOZA reprezint 20-30% din masa granulei de amidon fiind format din resturi de -

glucopiranoz, unite prin legturi 1-4 glicozidice, cu structur liniar, fr ramificaii, lanul glucozidic avnd form spiralat, fiecare spir fiind alctuit din 6 resturi de glucoz. Unitatea diglucidic structural a amilozei este maltoza.

AMILOZA se dizolv uor n ap rece, i nu formeaz cu apa fiebinte coca- de amidon. D cu iodul o coloraie albastr nchis ce dispare la cald, dar reapare la rece. Amiloza are un grad de polimerizare de 300-400 uniti maltozice, iar spiralele sale sunt rspndite n granul uniform, printer ramificaiile amilopectinei. Masa molecular a amilozei este de aproximativ 1,5 x 105 6 x 105

AMILOPECTIA este componenta major a granulei de amidon (cca. 70-80%), fiind format din resturi de -D-glucopiranoz, unite ns prin legturi 1-4 dar i 1-6 glicozidice.

Spre deosebire de amiloz, amilopectina este un glucan ramificat, are o structur macromolecular pluriramificat, legturile 1-6 glicozidice fiind caracteristice ramificaiilor. Gradul de polimerizare al amilopectinei este mai mare : 5000-6000, dect al amilozei. Unitile diglucidice ale amilopectinei sunt MALTOZA i IZOMALTOZA.

Amilopectina nu se dizolv n ap rece, ci doar n ap cald, formnd coca de amidon la rcire. Reacioneaz cu iodul, dnd o culoare albastru violet. Spre dosebire de amiloz, ntre resturile de glucoz amilopectina conine i anioni fosfat (PO4 3-) legai esteric. De aceea, n camp electric, amilopectina va migra spre polul pozitiv.

CH2 OH CH2 OH O O OH 1 4 OH OH O OH OH OH Maltoza

10

Cele dou componente ale amidonului se deosebesc ca structur i ca proprieti: Amiloza se dizolv n ap fierbinte cu formarea unei soluii coloidale limpezi. Cu

iodul d o coloraie albastr nchis, care dispare la cald. Amilopectina sufer fenomenul de inbibiie cu apa, formnd la cald soluii coloidale

vscoase, care se transform la rece n gel. n cmpul electric migreaz spre polul pozitiv, particulele fiind ncrcate negativ (cu ioni PO43- provenii din fosfolipidele ce se gsesc n seminele cerealelor, alturi de amidon). Amilopectina coloreaz soluiile de iod n albastru-violet.

Amidonul hidrolizeaz n cataliz acid sau enzimatic, rezultnd produi cu masa molecular din ce n ce mai mic, iar n final se obine glucoza: Amidon amilodextrine eritrodextrine acrodextrine maltodextrine maltoz glucoz. n mediu acid sau sub aciunea enzimelor numite amilaze, amidonul hidrolizeaz, intermediar se formeaz produi de hidroliz parial numii dextrine, apoi rezult maltoz i n final -glucopiranoz. Mersul hidrolizei se poate urmri prin reacia de culoare cu iodul, sau cu ajutorul oxidrii cu reactivul Fehling: hidroliz

Amidon

hidroliz Dextrine

hidroliz Maltoz -glucoz

Culoarea n reacia cu iodul

ALBASTR ROIE-BRU u mai dau culoare cu iodul

Culoarea cu reactivul Fehling

u d culoarea roie specific

Slab culoare roie-crmizie

Dau culoare roie-crmizie puternic (ppt. Cu2O format)

n organismul animal hidroliza amidonului pn la glucoz necesit aciunea unor enzime specifice:

amilaza, l,6--glucozidaza i maltaza (1,4--glucozidaza) -Amilaza (salivar i pancreatic) catalizeaz scindarea amidonului prin desfacerea legturilor 1,4--glicozidice din interiorul lanului. Produii rezultai sunt dextrine alctuite din fragmente scurte, ramificate, maltoz i glucoz. 1,6--Glucozidaza este o enzim de ramificare, ce catalizeaz scindarea legturilor 1,6-- ale amilopectinei. Maltaza scindeaz hidrolitic moleculele de maltoz rezultate, transformndu-le n molecule de -D-glucoz. Moleculele de glucoz rezultate prin hidroliza enzimatic a amidonului se absorb prin peretele intestinal i ajungnd n circuitul sanguin unde sunt utilizate fie ca surs energetic imediat (suferind un proces de degradare), fie ca rezerv energetic prin transformare n glicogen.

Amidonul se obine pe cale industrial din cartofi i cereale, mai ales din porumb, i are utilizri multiple:

- ca materie prim pentru obinerea alcoolului etilic i butilic, a acizilor lactic, citric i gluconic, a acetonei i glicerolului, precum i a altor produse rezultate n urma proceselor

11

de fermentaie a glucozei, rezultat prin hidroliza amidonului; - n industria textil ca apret i n cea a hrtiei sub form de clei de amidon; - n alimentaia omului i a animalelor domestice, fiind componentul principal al pinii, finii,

pastelor finoase i al altor produse alimentare; - n chimie i biochimie ca reactiv chimic; amidonul se folosete ca indicator n iodometrie; - n industria farmaceutic, este un component al mediilor de cultur a microorganismelor

utilizate n industria antibioticelor i a vitaminelor; - n industria lacurilor, vopselelor.

GLICOGEUL este o poliglucid omogen de origine animal, format din -

glucopiranoz. El reprezint poliglucidul de rezerv al animalelor, gsindu-se n toate esuturile, dar mai ales n ficat i n muchi. Adesea se numeste amidon animal. n regnul vegetal, s-a identificat, n cantiti mici, n drojdii, ciuperci, alge, plante superioare. Este o important surs energetic i forma de depozitare a glucidelor, n cantiti mari, n esutul hepatic (2-8%) i n cel muscular (0,5-1%). Glicogenul din muchi conine 0,05% acid fosforic legat esteric la gruprile-OH libere ale resturilor de glucoz. Glicogenul se formeaz n corp prin polimerizarea glucozei i este depozitat n special n ficat i esutul muscular.

n stare izolat, glicogenul se prezint sub forma de pulbere alb amorf, care se dizolv n ap mai uor dect amidonul, formnd soluii coloidale opalescente, ce dau cu iodul coloraii rou-violet sau rou-brun, dar care nu se gelific i sunt mai stabile la nclzire dect cele cu amidon. Soluiile de glicogen sunt dextrogire i nu prezint caracter reductor. Din punct de vedere chimic, structura glicogenului este similar cu acea a AMILOPECTIEI din amidon, unitile de glucoz fiind legate prin legturi 1,4- i 1,6- glicozidice. Gradul de ramificare al glicogenului este mult mai mare dect a amilopectinei. Masa molecular atinge valori de 1 x 106 4 x 106. Unitatea structural este tot maltoza alturi de izomaltoz. Hidroliza glicogenului decurge analog cu a amilopectinei. n ficat sau pus n eviden - , - , i - amilaza, care hidrolizeaz toate tipurile de legturi glicozidice din molecul.

n esuturile animale, respectiv n ficat, glicogenul este scindat n glucoz n urma a dou procese enzimatice: fosforoliza i hidroliza, catalizate de fosforilaze, respectiv de amilo1,6 glucozilaza. Prin aciunea acestor enzime glicogenul hepatic este transformat n glucoz, care trece n snge i menine glicemia constant.

CELULOZA este un poliglucid omogen specific regnului vegetal, fiind cea mai

rspndit i mai abundent substan bioorganic din natur. Apare n toate organismele vegetale, contribuind la formarea membranelor celulare i a esuturilor de susinere ale plantelor. n cantitate mare i aproape pur, celuloza se gsete n fibrele de bumbac (99,8%), apare n plante textile (cnep, in), conifere etc., iar lemnul este format n proporie de 50% din celuloz. n esuturile vegetale, lanurile celulozice se unesc formnd fibrele de celuloz. Celuloza este nsoit n plante de anumite substane ncrustante (hemiceluloze, lignine, rini, .a.). La animale apare n cantiti extrem de mici (ex: mantaua melcilor).

Celuloza are structur macromolecular, filiform, liniar, format din resturi de -D-glucoz, legate prin legturi 1,4--glicozidice. Formula molecular (C6H10O5) n , gradul de polimerizare (n) fiind de ordinul sutelor i miilor (ex. Celuloza din bumbac are n=3000). Celuloza difer de amidon i glicogen prin modul n care moleculele de glucoz sunt legate.

12

Unitatea diglucidic constitutiv a celulozei este CELOBIOZA. Macromoleculele celulozei sunt filiforme, dispuse paralel, ntre acestea se stabilesc legturi de hidrogen, care confer stabilitate macromoleculei i rezisten mecanic.

Proprieti ale celulozei. Celuloza pur este o substan solid, microcristalin, de culoare alb, fr gust i

miros, insolubil n solveni organici i n ap, ns prezint fenomenul de inbibiie limitat. Unicul dizolvant este hidroxidul tetraaminocupric = reactivul Schweizer [Cu(NH3)4] (OH)2.

Se carbonizeaz la nczire i nu are gustul dulce specific zaharidelor. Fibrele de celuloz tratate cu sol diluate de aOH se uniformizeaz la grosime i capt luciu

dup splarea cu ap, fenomen numit mercerizare. Celuloza mercerizat se coloreaz mult mai uor. n soluie de NaOH 5%, ea i mrete mult, volumul, proprietate utilizat la obinerea bumbacului

mercerizat. Prin tratarea cu soluii concentrate de aOH, se obine celuloza sodat, care n reacie cu sulfura de carbon

CS2 formeaz xantogenatul de celuloz din care se obine mtasea artificial. Prin fierbere cu acizi minerali tari, celuloza sufer hidroliz treptat, rezultnd nti

celobioza i apoi glucopiranoz. Analog are loc i hidroliza enzimatic dar sub aciunea enzimelor celobiaz i respectiv celulaz.

Separarea celulozei din masa lemnoas se poate face prin tratarea materiei prime cu sulfit acid de calciu, Ca(HSO3)2 procedeul bisulfitic, sau cu amestec de sulfat i hidroxid de sodiu procedeul sulfat.

Celuloza poate fi degradat hidrolitic, prin fierbere cu acizi tari, pn la -Dglucoz. Datorit existenei legturilor glicozidice de tip majoritatea animalelor nu dispun de enzime necesare

scindrii celulozei n glucoz. Degradarea enzimatic se realizeaz n prezena enzimei celulaza pn la celobioz i apoi, n prezena enzimei celobiaza, se desface celobioza n glucoz. Celuloz celobioz glucoz Aceste enzime se gsesc n sucul intestinal al unor animale inferioare (melci, omizi). Animalele ierbivore utilizeaz n hran cantiti mari de celuloz, pe care o pot transforma n glucoz, datorit celulazei eliberate de ctre microorganismele prezente n rumen i intestin, celuloza constituind sursa lor principal de glucide.

Omul nu poate utiliza celuloza ca aliment, deoarece nu are enzimele necesare hidrolizei pentru a obine glucoza. Totui, celuloza este important n diet, deoarece fibrele au rol abraziv de curare a pereilor intestinali i de stimulare a digestiei prin excitarea terminaiilor nervoase din pereii intestinali.

Celuloza este o materie prim important pentru industria textil i cea a hrtiei. Ea se folosete, de asemenea, i pentru producerea fibrelor de tip rayon, filme fotografice, celuloid i celofan. Celuloza are multe ntrebuinri practice ca atare, sau sub forma unor derivai, cum sunt acetil-celuloza, nitroceluloza, xantogenatul de celuloz i altele. Celuloza i derivaii si se intrebuineaz n industria hrtiei, mtsii artificiale, a lacurilor etc.

Digestia / metabolismul carbohidrailor este un proces biochimic complex. El ncepe n gur, cnd enzima amilaz din saliv ncepe procesul de hidroliz enzimatic a amidonului la dextrin, i temporar se poate opri n stomac unde prezena acidului clorhidric dezactiveaza aciunea enzimei. Digestia continu apoi n intestinul subire, unde acidul clorhidric este neutralizat de enzimele din pancreas, iar hidroliza este complet obinndu-se maltoza. Enzima maltaza catalizeaz digestia maltozei n glucoz. Alte enzime specifice existente n intestin transform sucroza i lactoza n monozaharide.

Amidon ---amilaza Dextrina ---amilaza Maltoza ---maltaza Glucoza Glucoza se absoarbe prin pereii intestinali n sistemul circulator i este transportat la celule pentru a genera energie. Excesul de glucoz este rapid trimis spre ficat i esutul muscular, unde este polimerizat i stocat ca i glicogen. Cnd organismul cere cantiti sporite de energie, glicogenul va fi convertit napoi n glucoz, care va genera energia necesar organismului.

celobiaz celulaz

CH2 OH CH2 OH O O OH 1 O 4 OH OH OH OH OH

celobioz

13

Poliglucidele omogene alctuite din derivai al monoglucidelor, sunt mai puin rspndite n natur. Cea mai important este CHITIA, care intr n constituia carapacei crustaceilor (raci i homari), precum i a tegumentului insectelor, viermilor i molutelor. Ea apare i n regnul vegetal n unele alge verzi i roii. Este o substan insolubil n ap i rezistent la ageni chimici. Chitina este format din resturi de -D-glucozamin--acetilat, unite ntre ele prin legturi 1,4--glicozidice.

POLIGLUCIDE EOMOGEE

Poliglucidele neomogene sau heteropoliglucidele sunt substane macromoleculare care conin n structura lor resturi de diferite monoglucide sau de derivai ai acestora. Prin hidroliza lor se obin hexoze, pentoze, acizi uronici i derivai (esteri sulfurici ai ozelor, metilpentoze, N-acetilgalactozamin, N-acetilglucozamina). Se mpart n dou grupe, dup absena sau prezena acizilor uronici n constituia lor. Clasificarea poliglucidelor neomogene

Arabo-xilani Gluco-manani Galacto arabani Galacto-fructani

1 Fr acizi uronici (din plante)

Galacto-manani Hemiceluloze nsoesc celuloza i lignina

Prin hidroliz formeaz hexoze (manoz, galactoz), pentoze (arabinoz, xiloz) i acizi uronici (acid glucuronic i acid galacturonic).

Materii pectice n fructe (30%, sfecla de zahr (25%), bulbi, n pereii celulari

componentul principal: acidul galacturonic, nsoit de diferite oze: galactoza, arabinoza, xiloza, ramnoza, fucoza.

Gume Guma arabic

dau prin hidroliz galactoz, manoz, glucoz, ramnoz, L-fucoz, xiloz, acizi glucuronic i galacturonic

Cu acizi uronici din plante

Mucilagii coninut ridicat n pentoze rol n reinerea apei Condroitin sulfaii, din carnea de bovine, cartilagii, tendoane, saliv, plasm, Acidul hialuronic - din esutul conjunctiv.

Mucopoliglucide acide

Heparina (ficat, muchi, splin, plmni, snge, rinichi, inim).

Mucopoliglucide ale grupelor sanguine,

2

Cu acizi uronici din animale

Mucopoliglucide neutre Imunopoliglucide (poliglucide bacteriene),

14

Clasificarea poliglucidelor neomogene cu acizi uronici din animale

Condroitin sulfaii, din carnea de bovine, cartilagii, tendoane, saliv, plasm, constituii din acid uronic i N-acetil galactozamina, rol important n calcifierea cartilagiilor.

Acidul hialuronic - format din acid glucuronic i N-acetil-glucozamina, legate prin legturi 1,3--glucozidice. Unitatea diglucidic (acid hialobiuronic) se leag 1,4--glicozidic de unitatea urmtoare. n esutul conjunctiv, constituie datorit structurii sale puternic polimerizate o barier contra ptrunderii germenilor patogeni.

Mucopoliglucide acide

Heparina (ficat, muchi, splin, plmni, snge, rinichi, inim). Heparina este format din acid glucuronic i glucozamin, cu resturi de acid sulfuric - SO3H, iar legturile glicozidice dintre resturile de monoglucide sunt de tipul 1,4 - Are aciune anticoagulant i antilipemic, Mucopoliglucide ale grupelor sanguine, conin D-galactoza, L-fucoza, N-acetilglucozamina i N-acetilgalactozamina, sunt macromolecule legate de polipeptide specifice, ca glicoproteide.

Conin o component glucidic (predominant) i o component proteic (n proporie redus) legate ntre ele prin legturi electrovalente) Componenta glucidic se formeaz prin condensarea a 2 tipuri de uniti glucidice : aminoglucid (glucozamina sau galactozamina) i acid uronic (glucuronic sau galacturonic).

Mucopoliglucide neutre

Imunopoliglucide (poliglucide bacteriene), constituite din galactoza, glucoz, manoz, ramnoz, precum i cantiti mici de aminoglucide i acizi uronici.

Lipide LIPIDELE . 1. COSIDERAII GEERALE. Lipidele sunt o clas de substane organice naturale,

universal rspndite n toate celulele organismelor vii, vegetale i animale. Ele au o nsemntate biologic deosebit, avnd att rol plastic, ct mai ales rol energetic. Lipidele apar n cantiti mai mari n organismele animale i mai mici n cele vegetale.

Lipidele animale provin n principal, din hran, dar organismul are capacitatea de a-i sintetiza lipidele i pe seama glucidelor sau a protidelor excedentare. Cantitatea de lipide din organism difer n funcie de specia animal. Astfel, la bovine, coninutul n grsime de cca 17%, la cabaline 16,5%, la psri 18%, la ovine 19%, la suine 23% . n regnul vegetal lipidele se ntlnesc n cantiti mai mari n seminele plantelor oleaginoase sub forma aa numitelor uleiuri (de floarea soarelui, in, cnep, soia, msline, ricin, susan, etc).

Lipidele se caracterizeaz printr-o heterogenitate deosebit a structurii lor chimice precum i a proprietilor fizico-chimice. Lipidele sunt ns, fr excepie, insolubile n ap, dar solubile n solveni organici (benzen, cloroform, aceton, eter, tetraclorura de carbon), caracteristic prin care se deosebesc net de glucide i protide.

n organismele vii lipidele se afl de multe ori asociate cu proteine sub forma unor substane mai mult sau mai puin stabile, numite lipoproteide.

1.1. Constituia chimic general i clasificare Lipidele sunt esteri ai acizilor grai saturai sau nesaturai cu diferii alcooli

(monohidroxilici, polihidroxilici, aciclici sau ciclici). Ele conin n molecula lor radicali de acizi grai, constituii din catene lungi de atomi de carbon, care imprim lipidelor un caracter hidrofob, apolar, deci proprietatea de a fi insolubile n ap. n funcie de localizarea lor intracelular, lipidele se clasific n dou categorii: lipide de constituie (de structur) i lipide de rezerv.

Lipidele de constituie se gsesc n citoplasma celulelor i ndeplinesc un rol plastic, deoarece particip la meninerea structurii celulelor. Ele sunt lipide complexe, avnd compoziie constant, care nu depinde de hrana pe care o primete organismul.

Lipidele de rezerv sunt localizate n esutul adipos i constituie o surs energetic a

15

organismului. Ele de obicei sunt de origine exogen, provenind n principal din hran sau din transformarea metabolic glucidelor i protidelor. Lipidele de rezerv prezint variaii cantitative mari, n funcie de factorii alimentari i fiziologici.

Dup constituia chimic, lipidele se clasific n dou grupe: simple i complexe. Lipidele simple sunt substane ternare formate din C, H i O. Lipidele complexe conin pe lng C, H i O i alte elemente ca P i sau i S.

CLASIFICAREA LIPIDELOR LIPIDE SIMPLE gliceride, steride, ceride, etolide.

fr acid fosfatidic i inozitofosfatidic cu cefaline, lecitine, serinfosfatide,

glicerofosfolipide (conin P)

plasmalogeni cu P sfingomieline

glicolipide, cerebrozide, sulfatide,

LIPIDE COMPLEXE

sfingolipide (conin ) fr P

gangliozide 5.1.2 Rolul lipidelor n organismele animalelor

Lipidele sunt constitueni ai organismelor animalelor, ndeplinind o serie de funcii: -- constituie o surs energetic esenial pentru organisme, deoarece un gram de lipide

metabolizat produce 9,3 Kcal. Aceast valoare este superioar fa de cele 4,1 Kcal furnizate de un gram glucide;

-- intr n constituia componentelor celulare, deci ndeplinesc un rol plastic, intervenind n reglarea permeabilitii transportului prin biomembrane;

-- ndeplinesc funcia de transport a substanelor glicosolubile (vitamine, hormoni, acizi grai eseniali) prin lichidele biologice.

-- ndeplinesc rolul de material izolant localizat n esutul subcutanat sau n jurul diferitelor organe, asigurnd protecia mecanic i termic. O importan deosebit au lipidele pentru mamiferele marine, asigurnd elasticitatea dermei, iar pentru psrile de ap asigur impermeabilitatea penajului.

-- intervin n diferite procese metabolice care au loc cu schimbri eseniale de energie. 3. LIPIDE SIMPLE Lipidele simple sunt substane ternare, coninnd C, H i O. Ele sunt esteri formai din acizi

i alcooli. Sunt cele mai rspndite lipide, fiind componente principale ale lipidelor de rezerv. 3.1. Gliceridele Gliceridele sau acilglicerolii sunt lipide simple, n constituia crora intr glicerolul i acizi grai. Din punct de vedere chimic sunt esteri ai glicerolului cu diferii acizi grai. Reacia de esterificare este: H2C OH H2C O CO R H C OH + R COOH ------------> H C OH -H2O H2C OH H2C - OH Glicerol Acid gras Acil glicerol Dup numrul grupelor OH esterificate din glicerol, gliceridele sunt de 3 feluri:

-- monogliceride (monoacilgliceroli); -- digliceride (diacilgliceroli); - trigliceride (triacilgliceroli).

16

44.. LLIIPPIIDDEELLEE CCOOMMPPLLEEXXEE Lipidele complexe sunt o clas de lipide cu larg rspndire n toate celulele animale i vegetale. n constituia lor intr pe lng carbon, hidrogen, oxigen i alte elemente, cum ar fi fosfor, azot sau sulf. Datorit faptului c majoritatea conin fosfor sub forma radicalului acidului ortofosforic (H3PO4) se mai numesc fosfatide sau fosfolipide.

Ele prezint o structur complex, coninnd: acizi grai i alcooli, i alte componente: acidul fosforic, aminoalcooli, aminoacizi, inozitol sau glucide.

Lipidele complexe fac parte din categoria lipidelor de constituie, ntruct particip la formarea unor structuri celulare, au rol n permeabilitatea membranelor.

Compoziia lipidelor complexe nu este dependent de alimentaie, ca a gliceridelor, Organismul animal are capacitatea s i le sintetizeze din metabolii relativ simpli.

Rspndire. n organismele animale i vegetale lipidele complexe se gsesc asociate cu substane

proteice sub form de lipoproteide. Lipidele complexe se gsesc rspndite n special n:

creier (30%), n ficat (10%), inim (7%) i glbenu de ou (20%). n regnul vegetal apar n cantiti mai mari n seminele plantelor oleaginoase

(soia 2,5%) i n seminele cerealelor (gru 2%). Clasificare. Lipidele complexe se subdivid n funcie de natura alcoolului participant, n dou categorii: glicerofosfolipide i sfingolipide. La rndul lor, fiecare din acestea conin mai multe subgrupe, clasificate pe baza prezenei sau absenei n molecul a azotului i fosforului: Glicerofosfolipide:

- fr azot: acizi fosfatici i inozitofosfatide; - cu azot: cefaline, lecitine, serinfosfatide i plasmalogeni.

Sfingolipide: - cu fosfor: sfingomieline; - fr fosfor: ceramide, cerebrozide, gangliozide i sulfatide

Protide PPRROOTTIIDDEE

11.. CCOO""SSIIDDEERRAAIIII GGEE""EERRAALLEE 1.1. Compoziia chimic general i clasificarea protidelor. 2 AMI"OACIZI 3 PEPTIDE I POLIPEPTIDE 4 PROTEIDE 5 PROTEI"E (HOLOPROTEIDE) Descrierea unor tipuri de proteine. Proteine solubile (albumine, globuline, histone, protamine, prolamine, gluteline) Proteine insolubile (colagenele, keratinele, elastinele, fibroina, miozina, fibrinogenul) 6 HETEROPROTEIDE (PROTEI"E CO"JUGATE) Metalproteide. Fosfoproteide. Glicoproteide Cromoproteide. Cromoproteide porfirinice. Hemoglobina. Mioglobina. Citocromii. Hemenzimele. Cloroplastidele clorofila. ucleoproteide Acizi nucleici Baze azotate pirimidinice (uracilul -U, timina -T, citozina -C). Baze azotate purinice (adenina - A, guanina - G) ucleozide. ucleotide. Ribonucleotide. Dezoxiribonucleotide.

6. PROTIDE 11.. CCOOSSIIDDEERRAAIIII GGEEEERRAALLEE Protidele sunt componentele primordiale ale materiei vii, fiind constituenii principali ai citoplasmei i

nucleului celulelor. Termenul de protid provine de la cuvntul grecesc protos ce nseamn: cel dinti, primul, adic

substan de prim importan. Protidele sunt substane naturale de mare importan pentru toate organismele, inferioare i superioare,

universal rspndite n organismele animale i vegetale.

17

n regnul animal ele sunt substanele predominante, alctuind 65-70% din substana uscat a animalelor. n regnul vegetal ele se gsesc ntr-un procent mai sczut (2-35%), deoarece substanele predominante ale

plantelor sunt glucidele. Protidele, alturi de glucide i lipide au rol esenial n alimentaia omului i animalelor. Compoziia chimic general i clasificarea protidelor

Protidele sunt substane cuaternare formate din C, H, O i . Azotul este un element constitutiv esenial, aprnd sub form aminic H2. Numeroase protide cu un rol fiziologic important mai conin

- S i P, sau i - metale ca Fe, Mg, Cu, Mn, Co, Zn etc.

Compoziia procentual elementar a protidelor este urmtoarea: C = 50 55 %, = 15 17 % O = 20 23 % S = 0 4 %

H = 6 8 % Clasificarea protidelor. Dup complexitatea lor, protidele se mpart n 2 clase mari:

protide simple (monoprotide) aminoacizi, care nu dau reacie de hidroliza; poliprotide, care prin hidroliz, dau moleculele din care s-a format poliprotida.

Clasificarea protidelor Protide simple (monoprotide): Aminoacizi

- oligopeptide (conin pn la 10 aminoacizi) Poliprotide inferioare (peptide) - polipeptide (cu 10 100 aminoacizi) - holoproteide (proteine) constituite numai din aminoacizi

Poliprotide:

Poliprotide superioare (proteide) - substane macromoleculare, rezultate din condensarea unui numr mare de aminoacizi.

- heteroproteide (proteine conjugate), cu structur complex coninnd: - o parte proteic i - o parte neproteic, numit grupare prostetic ( glucid, lipid, acizi nucleici etc.)

AMIOACIZI

Aminoacizii reprezint cele mai simple protide. Ei constituie unitile structurale de baz ale poliprotidelor.

Din punct de vedere chimic,

aminoacizii sunt substane organice cu funciuni mixte, care conin n molecul o grupare amino H2, cu caracter bazic i cel puin o grupare carboxil COOH, cu caracter acid. Formula general a unui aminoacid este:

Rolul i importana aminoacizilor pentru organismele animale Aminoacizii sunt substane de o importan fundamental pentru organismele animale, ntruct ei particip la biosinteza macromoleculelor proteice proprii acestora. Dup provenien i rolul lor, aminoacizii se mpart n dou grupe:

- aminoacizi neeseniali, care pot fi sintetizai de ctre organismul animal din intermediari metabolici simpli; - aminoacizi eseniali, care nu pot fi sintetizai de ctre organismul animal, ns sunt absolut indispensabili

pentru cretere i dezvoltare. Acetia sunt procurai din hran de origine vegetal. -

Principalii aminoacizi eseniali i neeseniali: Eseniali eeseniali

Valin Leucin Izoleucin Treonin Metionin Lizin Fenilalanin Triptofan Histidin

Glicocol Alanin Serin Cistein Acid aspartic Acid glutamic Arginin Tirozin Hidroxiprolin

R CH COOH H2

18

Proprieti fizico-chimice

1. Solubilitatea proteinelor. Depinde de existena gruprilor polare hidrofile de la suprafaa macromoleculelor (-COOH, -H2, -OH, -SH) care stabilesc legturi cu moleculele solvenilor polari (apa, glicerolul).

Majoritatea proteinelor sunt solubile n ap, formnd soluii coloidale, n soluii saline. Proteinele greu solubile sufer n contact cu apa un fenomen de gonflare, care se datoreaz

hidratri gruprilor polare prezente. Macromoleculele proteice se comport n soluie apoas ca macroamfioni datorit prezenei

gruprilor ionizabile COOH i H2 la suprafaa acestora. n funcie de pH-ul soluiei, proteinele se comport la fel ca aminoacizii, ca anioni (n mediu bazic)

sau cationi (n mediu acid). Exist o valoare a pH-ului la care numrul sarcinilor pozitive a moleculei este egal cu numrul

sarcinilor negative, deci sarcina electric devine nul. Acest pH poart denumirea de punct izoelectric al proteinei, notat cu pHi.

Punctul izoelectric - pHi variaz n limite n limite foarte largi (1-12,5) n funcie de numrul gruprilor acide sau bazice care predomin pe suprafaa macromoleculei.

La pHi solubilitatea proteinelor este minim, datorit atraciei sarcinilor electrice de semn contrar, ce favorizeaz agregarea moleculelor. n tabelul de mai jos sunt prezentate valorile pHi a unor proteine.

Datorit caracterului amfoter proteinele se comport ca sisteme tampon, care menin la valori constante pH-ul mediului biologic n care se gsesc.

Valorile pHi a unor proteine Proteina / pHi Proteina / pHi Pepsina 1,2 Cazeina 4,6 Ovalbumina 4,6 Serumalbumina 4,7 Ureaza 5,1 Insulina 5,4

Miozina 5,4 Fibrinogen 5,5 Gliadina 6,5 Hemoglobina 6,9 Globina 8,1 Citocrom C 10,5

Datorit gruprilor ionizabile i a apariiei n soluie proteic a macroanionilor sau macrocationilor, proteinele au proprietatea de a migra n cmp electric. Fenomenul se numete electroforez. Dac macromolecula va fi ncrcat negativ, va migra spre anod (amforez), dac predomin sarcinile pozitive, se va deplasa spre catod (cataforez). Viteza de migrare n cmp electric a diferitelor proteine este diferit, ceea ce permite separarea prin electroforez a amestecurilor de proteine.

2. Activitate optic. Proteinele prezint activitate optic levogir, prin prezena n molecul a aminoacizilor din seria L. n lumina ultraviolet ( = 280 nm), proteinele prezint un maxim de absorbie, datorat

aminoacizilor aromatici. Pe aceast proprietate se bazeaz dozarea proteinelor prin metod spectrofotometric.

3. Denaturarea. Proteinele native pot s sufere transformri sub aciunea unor ageni fizico-chimici care duc la

dezorganizarea structurii spaiale, fr a fi afectat structura primar i masa molecular a acestora. Fenomenul se numete denaturare i este rezultatul desfacerii legturilor ce caracterizeaz structura

secundar i teriar. Aceste transformri sunt, de obicei, ireversibile i au drept consecin modificarea proprietilor fizice

ale proteinelor (scderea solubilitii, creterea activitii optice, modificarea vscozitii i a presiunii osmotice, creterea valorii pHi, pierderea tendinei de cristalizare) precum i pierderea activitii biologice.

Agenii care provoac denaturarea sunt de natur fizic sau chimic (acizi, baze, srurile metalelor grele, solveni organici, detergenti). Dac aciunea agentului denaturant este limitat i moleculele proteice sunt numai parial denaturate, procesul poate fi reversibil, iar prin ndeprtarea cauzei denaturrii, moleculele proteice se pot renatura dobndind structura i proprietile biologice iniiale.

19

Partea II-III. Ecofiziologie vegetal i animal, microbiologie Integrarea ambientala la nivel celular. Structuri functionale ale celulei 1 Structurile funcionale ale celulei vegetale.

Citoplasma hialoplasma Organitele citoplasmatice. Mitocondriile. Cloroplastele. Peretele celular, plasmalema, vacuolele

partea 2

Organizarea funcional a celulei vegetale 1. Fiziologia celulei vegetale. Celula vegetal. Structuri functionale. 1. Organizarea funcional a celulei vegetale Fiziologia celulei vegetale (citofiziologia vegetal) se ocup cu studiul fenomenelor vieii care se petrec n interiorul celulei vegetale i are o importan fundamental, deoarece toate manifestrile vitale (funciile) au loc la nivelul materiei vii celulare. Cunoaterea vieii celulare ofer cheia tuturor manifestritor fiziologice de care sunt capabile organismele (Emil Pop, 1960).

Importana fiziologiei celulare reiese i din descoperirile savantului de origine romn George Emil Palade, care a stabilit unele particulariti structurale i funcionale ale organitelor citoplasmatice i a descoperit o serie de boli provocate de anumite dereglri celulare, punnd bazele fiziologice ale patologiei celulare.

Celula posed toate nsuirile unui organism viu, capabil s duc o via independent. Acest lucru este dovedit nu numai prin existena organismelor monocelulare, ci i prin posibilitatea de a recolta celule din organismele pluricelulare care cultivate pe medii artificiale cresc, se nmulesc i dau natere la plante ntregi. n laboratoare speciale de fiziologie vegetal s-au obinut culturi de celule pornindu-se de 1a o singur celul sau de la un fragment minuscul de esut.

Celula este un sistem termodinamic deschis; ea face schimb permanent de substane cu mediul n care triete, transform substanele asimilate i energia n procesul de metabolism.

Forma i mrimca celulelor vegetale este foarte diferit; forma poliedric-izodiametric, apropiat de cea sferic, este caracteristic parenchimului meristematic din vrfurile de cretere ale rdcinilor i tulpinilor, celulele din esuturile liberiene sunt fusiforme, cele din vasele conductoare (traheie, traheide) ale plantelor sunt tubulare.

Dimensiunea minim a celulelor vegetale este de aproximativ 10 microni, iar dimensiunea medie 100 microni. Se cunusc ns i celule de 50 cm lungime (fibre liberiene), iar vasele secretoare de latex, la unele Euforbiacee ating lungimi de mai muli metri.

Att forma ct i dimensiunile diferitelor feluri de celule nu sunt ntmpltoare; morfologia extern a diferitelor tipuri de celule este rezultatul influenei condiiilor de via de care beneficiaz celulele respective n cadrul esutului n care se gsesc. n acelai timp, forma i mrimea celulelor corespund funciei fiziologice pe care acestea trebuie s o ndeplineasc n esutul respectiv.

Primul nvat care a vzut celulele la microscop a fost fizicianul englez Robert Hooke (1635-1703), n anul 1667, dup confecionarea primului microscop de ctre fraii olandezi Hans i Zacharias Janssen (1590). Tot Hooke i-a dat numele de celul (de la lat. cella-camera, cellula-cmru).Un important eveniment n istoria celulei s-a petrecut n secolul al XIX-lea. n anul 1838, botanistul german M. Schleiden, iar n 1839 zoologul german T. Schwann au elaborat teoria celular", care a jucat un important rol n iniierea a numeroase studii de citologie, cu rezultate remarcabile n cunoaterea unor detalii de structur a celulei. n Dialectica naturii, Fr. Engels apreciaz favorabil teoria celular i o consider a treia mare descoperire a secolului al XIX-lea, primele dou fiind teoria conservrii i transformrii energiei i teoria

20

evolutionist a lui Ch. Darvin. Examinat la microscopul obinuit, celula vegetal apare alctuit din protoplasma vie,

membran pectocelulozic i vacuol. Tot la microscopul optic obinuit n celul se distinge nucleul, vacuola i o parte din organitele citoplasmatice (cloroplaste) (Milic i colab. 1982). 2. Funciile subunitilor structurale din celul.

Studierea tot mai atent a celulei cu ajutorul microscoapelor n continu perfecionare a dezvluit existena unor formaii n interiorul celulei a cror mrime, form, structur i funcii au constituit obiectul strdaniei a numeroi specialiti .

Cunoaterea amnunit a detaliilor de structur i funcionalitate n celula vie a devenit posibil n urma introducerii n cercetare a unor tehnici moderne de laborator: microscopia fluorescent, microscopia cu contrast de faz, microscopia polarizant i electronic, ultrasecionarea, spectroscopia, autoradiografia .a.

O nou cale de cercetare n citofiziologie, a fost dechis prin metoda ultracentrifugrii omogenatelor celulare, conceput de Albert Calude (1941) i perfecionat ulterior de George Emil Palade. Metoda ultracentrifugrii succesive, la turaii din ce n ce mai mari, permite extragerea din celul i separarea organitelor celulare dup greutate i volum i studierea lor ulterioar sub aspect morfologic, al organizrii interne i al compoziiei chimice.

Pe baza rezultatelor obtinute s-au stabilit funciile fiziologice ale subunitilor celulare, respectiv rolul lor n viaa celulei. S-a trecut astfel de la fiziologia celular la fiziologia subcelular sau a organitelor celulare (Milic i colab. 1982). CITOPLASMA I FUCIILE El

Citoplasma este alctuit din hialoplasm, organite citoplastice, membrane plasmatice. Observat la microscopul optic, citoplasma apare ca o mas transparen, n care se disting unele componente celulare. Citoplasma este masa fundamental a protoplasmei vii, n care sunt incluse organitele celulare. Ea este component esenial a celulelor vii, atunci cnd se afl n stare fluid i n nentrerupt micare; coagularea citoplasmei determin ncetarea manifestr i lor vi tale i implici t moartea celulei . Diferi te detali i n structura citoplasmei au fost cunoscute abia dup primele cercetri cu microscopul electronic.

Astzi, citoplasma celulei este considerat component principal a celulei, caracterizat printr-o perfect unitate i integri tate de organizare i funcionare.

Substanele organice care predomin n masa de citoplasm i constituie elemente de constituie ale acesteia sunt: proteinele hidrofile, fosfolipide, acizi nucleici .a. Citoplasma reprezint un sistem coloidal polifazic complex, n care proteinele hidrofile, tipic coloidale, realizeaz un mediu heterogen i labil, care i schimb cu uurin reacia i sarcina electric i i modific starea fizic.

Marea varietate de proteine existente n citoplasm determin funcii metabolice i enzimatice caracteristice, ce imprim specificitate i diversitate organismelor vii. Att proteinele de constituie, ct i cele enzimatice difer de la specie la specie, de la individ la individ, de la un organ la altul. HIALOPLASMA

Hialoplasma este o mas transparent, omogen i aparent lipsita de structur, numit i matrice citoplasmatic. Prin matrice citoplasmatic se poate nelege masa ornogen care rmne n celul dup nlturarea tuturor organitelor celulare. Hialoplasma se prezint ca un sistem coloidal vscos, rigid sau elastic, nemiscibil cu apa. Ultrastructura hialoplasmei se compune din filamente fine care alcluiesc o reea macromolecular filamentoas, ce constituie scheletul sau stroma. Filamentele respective sunt formate din lanuri polipeptidice de proteine, respectiv proteine fibrilare care se pot lega ntre ele n diferite moduri (puni de hidrogen, fore van der Waals).

Hialoplasma este alctuit din ap, substane organice, sruri minerale i ioni liberi de K+, Ca++, Mg++, Fe++, Mn++, Cu++, Zn++, NH4+, C1-, PO3-, SO42-, etc. Raportul dintre aceste

21

substane electrolite i neelectrolite imprim hialoplasmei o anumit stare fizic i prezint un rol destul de important n desfurarea proceselor fiziologice din celul. Atunci cnd predomin proteinele globulare, hialoplasma este fluid, iar cnd predomin cele filamentoase este vscoas.

Dintre compuii organici mai importani n hialoplasm se gsesc: nucleoproteide, lipide complexe, glucide solubile, aminoacizi, ARm, ARt, ARr, enzime, substane bioactive (biocatalizatori, hormoni, vitamine) i o serie de compui metabolici primari i secundari.

Datorit multiplelor componente organo-minerale, hialoplasma este sediul celor mai numeroase i mai rapide modificri structurale i funcionale de natur fizico-chimic i metabolic i totodat spaiul n care se desfoar transformarea energiei chimice poteniale n energie liber, mecanic i caloric, asigurnd micarea intracelular i reaciile de sintez ce au loc n celul. ORGAITELE CITOPLASMATICE

Organitele citoplasmatice sunt componente de forme i mrimi variate, cu funcii diferite n ansamblul activitii fiziologice a celulei.

Reticulul endoplasmatic (R.E.). Privit la microscopul electronic masa de citoplasm a celulelor mature apare strbtut n toate sensurile de o reea dens de canalicule tubulare, simple sau ramificate, care leag ntre ele vezicule pline cu lichid (vacuole) i diferite cisterne (dictiozomi), precum i alte formaiuni intracelulare. Aceast reea de canalicule face legtura ntre membrana nucleilor a dou celule vecine i a tuturor celulelor din esuturi, organe i chiar din organismul ntreg .

Descoperirea R.E. reprezint o etap important n dezvoltarea cunotinelor referitoare la structura submicroscopic a citoplasmei i la funcionalitatea ei. n celulele meristematice, R.E. este slab dezvoltat. n celulele secretoare, R.E. prezint o mare amploare i ocup o mare parte din citoplasm, ceea ce nseamn desigur i o important funcie fiziologic n activitatea celulelor respective.

Reeaua de canalicule, care strbate citoplasma celulei, favorizeaz schimbul metabolic de substane ntre celule pe de o parte i ntre componentele celulare pe de alt parte. Prin reeaua de canalicule a R.E. circul, n toat masa de citoplasm, ap, electrolii, compui organici etc., ceea ce d R.E. caracter de aparat circulator intracelular. Se consider c R.E. se formeaz din membrana nucleului i se gsete n strans legtur topografic i funcional cu toate organitele celulei.

Membranele R.E. sunt de tip plasmatic, cu structur molecular globular i cu rol deosebit de important n metabolismul celulei. Acestea permit ptrunderea moleculelor, a ionilor, a ATP etc. n interiorul canaliculelor i ieirea produilor metabolici afar din citoplasma. Membranele R.E. sunt suportul unui mare numr de enzime celulare.

Reticulul endoplasmatic neted (agranular) este format, din tubuli ramificai, cu diametrul de 500-1000 i este bine dezvoltat n celulele cu funcie de sintez.. Faptul c celulele cu funcie principal n sinteza lipidelor i a sterolilor prezint un reticul endoplasmatic neted bine dezvoltat a sugerat ideea c la nivelul acestuia sunt localizate enzime implicate n sinteza acestor substane. Exist i dovezi despre localizarea pe R.E. neted a enzimelor care particip la sinteza glicogenului.

Funcia fiziologic a reticulului endoplasmatic neted este deci aceea de sintez a sterolilor, lipidelor i a glicogenului.

Reticulul endoplasmatic rugos (granular) este format tot din tubuli ramificai, ca i cel neted, dar se deosebete de acesta prin prezena ribozomilor ataati pe faa extern a tubulilor, din care cauz prezint aspect rugos caracteristic. Prezena ribozomilor confer R.E. rugos nu numai particulariti morfologice, ci i auumite funcii fiziologice n viaa celulei. Unele componente ale R.E. rugos au fost observate mai nainte de ctre histologi i au fost nutnite ergastoplasm (plasm lucrativ), ceea ce sugereaz participarea acestora la activitatea de

22

sintez a celulei. Faptul c R.E. rugos este mai dezvoltalt n citoplasma celulelor care sintetizeaz proteine

sugereaz ideea participrii sale la sinteza acestor substante. Folosirea unor aminoacizi marcai cu izotopi radioactivi n studiul sintezei proteinelor i urmrirea metabolizrii lor n organitele celulare, a demonstrat ncorporarea aminoacizilor n lanuri polipeptidice la nivelul ribozomilor. Cercetnd mai profund modul cum particip R.E. rugos la sinteza proteinelor intracelulare, G. E. Pa1ade arat c la nivelul ribozomilor de pe R.E. rugos se sintetizeaz proteine de export" (Milic i colab. 1982).

Mitocondrii si plastide. Sunt organite citoplasmatice care prezint multe asemnri morfologice, funcionale i poate

chiar filogenetice. Ambele organite prezint structur intern membranoas, mult dezvoltat, care deriv din ptura intern a membranei nconjurtoare. Ambele particip la transformri energetice intense n celul. Mitocondriile sunt prezente n celulele tuturor eucariotelor. Plastidele sunt prezente numai n celulele plantelor. n celulele procariote nu se gsesc nici mitocondrii nici plastide.

Mitocondriile sunt organite citoplasmatice aglomerate, de obicei, n jurul nucleului sau n

acele zone ale citoplasmei unde se desfoar o activitate metabolic intens, cu consum mare de energie. Mitocondriile au forma unor gruncioare sferice sau uor alungite, cu diametrul de 0.5-1 micron i lungimea de 1-5 microni. Vzute la microscopul electronic, mitocondriile prezint o organizare intern specific i o membran extern dubl, cu grosimea de 220-240 . Foia extern a membranei este neted, iar cea intern prezint pliuri ce se prelungesc spre interior i formeaz nite perei despritori care compartimenteaz coninutul mitocondriei, n sens perpendicular pe axa mare a acesteia. Pereii despritori, numii criste mitocondriale, mresc considerabil suprafaa intern a mitocondriei, fenomen ce nlesnete adsorbia unui mare numr de molecule enzimatice. La protozoare, mitocondriile prezint o serie de tuburi n locul cristelor mitocondriale. Mai recent (1978) s-a constatat transformarea unor criste mitocondriale n saculii. n celulele vegetale predomin saculii . Pe suprafaa cristelor mitocondriale sau pe tubuli la microscopul electronic se observ numeroase formaiuni granulare numite oxizomi, n care se gsese citocromii. Mrimea suprafeei interne a mitocondriilor este proporional cu activitatea fiziologic a celulei i cu condiiile externe de temperatur i lumin. Numrul cristelor, al saculilor sau al tubulilor n mitocondrii, la diferite tipuri de celule, dau indicaii asupra activitii respiratorii a mitocondriei, iar aceasta, la rndul su, asupra activitii fiziologice a celulei n care se gsete. Numrul mitocondriilor i numrul cristelor sau al tubulilor din mitocondrii poate s fie mai mare n celulele cu activitate fiziologic intens.

Dup J. Bonner i J. E. Varner (1965,Milic i colab. 1982) o mitocondrie triete cel mult 8 zile. n interiorul mitocondriei se gsete plasma mitocondrial sau condrioplasma, alctuit dintr-o mas de substan omogen, numit matrice sau matrix, n care se desfoar procese fiziologice de important major pentru viaa celulei. Principalii componeni ai mitocondriilor sunt proteinele (35-40%), lipoizii (25-38%) i acizii nucleici (1,6% AR i urme de AD). Att n interior ct i pe suprafaa exterioar a mitocondriilor se gsesc diferite enzime, care au rol deosebit de important n ciclul lui Krebs i n reaciile de fosforilare. Se apreciaz c 50% din enzimele unei celule sunt localizate n mitoconctrii. Dintre acestea mai importante sunt succindehidraza, ATP-aza, fosfataza acid i fosfataza alcalin, catalaza, ribonucleaza .a. n mitocondrii se gsesc i o serie de factori de oxido-reducere (glutation, vitamina C, flavoproteine, citocromii b i c, acizi grai, ATP, aminoacizi etc.).

Rolul fiziologic al mitocondriilor este de importan fundamental pentru viaa celulei; anumite substane organice complexe trec din citoplasm n interiorul mitocondriilor, unde se de degradeaz sub influena enzimelor respiratorii. Un lan de reacii oxido-reductoare transform glucidele, acidul piruvic, acizii grai, aminoacizii, n combinaii chimice mai simple. n hialoplasm are loc prima faz a procesului de respiraie, respectiv glicoliza, care se ncheie cu formarea acidului piruvic, n ciclul Krebs, cu formarea unor metabolii

23

secundari, degajarea de CO2, eliminare de ap, precum i cu eliminarea unei importante cantiti de energie, folosit ulterior n diferite reacii de sintez consumatoare de energie.

Energia care se elibereaz n respiraie se acumuleaz n grupuri macroergice fosfatice (ATP) cu ajutorul enzimelor de fosforilare. Prin intermediul reaciilor de fosforilare oxidativ care se petrec n mitocondrii se asigur regenerarea necontenit a stocului de ATP ca urmare a fosforilrii ADP-ului. ATP-ul devine astfel acumulatorul energetic al celulei. La eliberarea energiei n procesul de hidroliz, ATP-ul trece n ADP + H3PO4, elibernd simultan 7.600 calorii pentru fiecare molecul de ATP. Toate acestea determin pe specialiti s considere mitocondriile drept centrii respiratori ai celulei", rezervoarele energetice ale celulei vii, uzine energetice" etc., care realizeaz producerea, transformarca i stocarca energiei necesare tuturor fenomenelor vitale. Pe suprafaa exterioar a mitocondriilor se gsesc o serie de alte enzime, care descompun substanele din jur, asigurnd astfel legtura ntre procesele biochimice care au loc n interiorul mitocondriilor i cele din exterior, din hialoplasm. n mitocondrii se petrec i procese de sintez a substanelor proteice necesare construciei cristelor mitocondriale. La acest proces un rol important au ribozomii liberi din interiorul mitocondriilor.

Plastidele sunt organite celulare prezente numai n celulele vegetale. Ele iau natere

la lumin, prin transformarea proplastidelor. La plantele superioare, proplastide se gsesc att n celula-mam, ct i n celulele meristematice, ceea ce atest modul lor de formare. Plastidele se formeaz ntr-o anumit succcsiune, i anume: proplastide leucoplaste cloroplaste cromoplaste. Se considera c leocoplastele constituie tipul de plastide din care provin celelalte tipuri (verzi i galbene). O plastid este alctuit din :

a) strom sau corpul plastidei, plin cu substan fluid, granular, numita matrice sau matrix, compartirnentat de nite formaiuni lamelare, membranoase, numite tilacoide (de la cuvntul grec thylacoides = n form de sac; b) formaiuni lenticelare sau discoidale, care formeaz nite pachete compacte numite grane sau granum (de la la latinescul granum = gruncior);

c) membran dubl, identic cu aceea a mitocondriilor, avnd o foi extern neted i una intern cutat, care d natere la criste, prelungite cu tilacoide n lungul axei mari (B. Buvat).Funcie de compusii chimici pe care-i conin sau i elaboreaz, plastidele sunt de trei feluri: cloroplaste, cromoplaste i leucoplaste, dintre care cloroplastele sunt colorate, iar leocoplastele incolore (A. Schimper, 1885, (Milic i colab. 1982).

Cloroplastele sunt cele mai mari organite celulare care se gsesc n toate celulele

organelor verzi ale plantelor. Sunt prezente numai n celulele vegetale. La plantele superioare se gsesc numeroase cloroplaste, de form sferic, sau lenticelar, cu diametrul mare de 5 , diametrul mic de 2 i grosimea de 0,5 . ntr-o celul se afl n medie 20-100 cloroplaste, fiind mai numeroase (200) n celulele esutului palisadic din frunza de porumb. S-a calculat c la 1 mm2 suprafa foliar de ricin se gsesc aproximativ 400.000 cloroplaste. La algele verzi monocelulare, celula conine 1-2 cloroplaste mari, de forme diferite, numiee cromatofor (de la grec. chroma - culoare i phoros - purttor). Structura submicroscopic a cloropIastelor nu s-a putut stabili la microscopul obisnuit, unde apare ca un gruncior verde de form ovoidal, uor turtit. Cu ajutorul unor microscoape optice mai perfecionate s-a observat c la plantele superioare cloroplastele nu prezint constituie omogen; la periferie prezint o membran incolor, mai dens, iar n interior se distinge o mas hialin, lipsit de structur, numit strom, matrice sau matrix. Faptul c membrana extern i stroma cloroplastului sunt incolore prezint semnificaie fiziologic deosebit, deoarece permite trecerea luminii pn la moleculele de clorofil, nlesnind astfel procesul de fotosintez.

Ultrastructura cloroplastului a fost stabilit cu ajutorul microspopului electronic. A. Frey-Wyss1ing (1949) i R. Buvat (1962) au observat c toate cloroplastele sunt delimitate la exterior de o membran dubl, asemntoare membranelor plasmatice i membranei

24

mitocondriale. Dubla membran, care delimiteaza cloroplastuI, prezint la exterior o foi neted de 75 grosime, care separ cloroplastul de hialoplasm, iar spre interior o foi tot de 75 avnd o serie de pliuri numite tilacoide, orientate paralel pe axa mare a cloroplastului. ntre cele dou straturi ale membranei cloroplastului exist un spaiu transparent, plin cu lichid incolor .

ntre tilacoidele stromei, la fiecare cloroplast se gsesc numeroase pachete cilindrice cu lamele discoidale numite grane. O gran este aIctuit dintr-un teanc de saculi granari (2-100), de form discoidal. Fiecare sacul granat este nconjurat de o membran tristratificat, asemntoare cu aceea a membranelor biologice. Formaiunile lamelare membranoase care delimiteaz saculii granelor se numesc tilacoidele granelor. Membranele tilacoidelor granei prezint pe suprafaa extern numeroase formaiuni granulare eliptice, n form de ciuperc, cu dimensiunea 100/200 , numite cuantosomi. Fiecare cuantosom conine aproximativ 16 molecule de clorofil a, 70 molecule clorofil b, 48 molecule pigmeni carotenoizi, 2 atomi de Mg, 12 atomi de Fe i 6 atomi de cupru, care nu fac parte din pigmenii asimilatori i constituie cele mai mici formaiuni fotosintetizante. Fiecare gran este nconjat de o membran transparent de natur lipoproteic. n granele cloroplastelor se petrec toate reaciile fotochimice din faza de lumin a fotosintezei. Pigmenii asimilatori se gsesc localizai n ntregime n grane, iar amidonul rezultat prun polimerizare din produsul primar al fotosintezei glucoza - se depune numai n stroma cloroplastului. Dup particularitile lor de structur, pigmenii asimilatori din plantele superioare terestre se impart n: grupa pigmenilor clorofilieni i grupa pigmenilor carotenoizi; pigmenii clorofilieni joac rol deosebit de important n fotosintez, iar pigmentii carotenoizi nsoesc pigmenii clorofilieni n celulele asimilatoare la toate plantele.

Pigmenii clorofilieni cuprind: clorofila a, prezent n celulele fotosintetizante ale tuturor plantelor; clorofila b, care se gsete la plantele superioare i la algele verzi; clorofila c, prezent n diatomee i alge brune; clorofila d, semnalal la unele alge roii, clorofila e, caracteristic algelor galben-aurii. Molecula de clorofil este format dintr-un cap" hidrofil (nucleul tetrapirolic) i o coad" hidrofob sau lipofil (fitolul). n centrul celor patru nuclei pirolici se gsete un atom de Mg. n funcie de aceast arhitectonic, molecula de clorofil se orienteaz pe lamelele graneler cu nucleul tetrapirolic spre proteine i cu radicalul fitolic spre fosfolipide, de care se leag prin legluri de tip Van der Waals. La clorofilele a i b, gruparea fitolic este legat de cel de al IV -lea nucleu pirolic. Structura moleculelor de clorofil i nsuirile lor difer dup natura gruprilor care se ataeaz nucleului tetrapirolic. Clorofila b difer de clorofila a prin faptul c nucleul pirolic II posed o grupare aldehidic (- HC=O) n locul gruprii metilice (- C - CH3). Dei celelalte clorofile difer puin de clorofila a, aceste deosebiri sunt suficienle pentru a da nsuiri specifice fiecreia.

n ceea ce priveste compoziia chimic, cloroplastele conin n afar de 4-8% clorofil i numeroase alte substane orgauicei minerale. Dintre acestea, cele mai importante sunt: proteinele insolubile (39-54%), lipidele (25-37%) pigmenii caroteoizi (2-3%), ARN plastidial existent n strom (1-2%), urme de ARN pe grane, glucide solubile, grunciori de amidon, ADP, ATP, NADP, ferodoxin, nucleotide, coenzime acceptoare de H, citocromi, vitamine, numeroase enzime (esteraze, fosfataze, carbohidraze) care particip la fotosintez n procesul de captare i transformare a energiei luminoase.Funcia principal a cloroplastelor o constituie fotosinteza, proces la care particip cteva enzinte specifice care lipsesc din mitocondrii sau alte organite celulare, dar sunt prezente n cloroplaste. n prezena clorofilei i n condiii de lumin cloroplastele absorb energia luminoas venit de la soare i o transform prin sisteme catalitice n energie chimic potenial de tipul glucidelor. Un rol n fotosintez joac i carotenoizii care transmit clorofilei o parte din energia luminoas pe care o absorb i n plus, protejeaz clorofila de fotooxidare. Este important de menionat faptul ca n cursul fotosintezei pigmenii clorofilieni nu se consum ci intervin numai printr-o aciune catalitic.

25

Cromoplastele sunt plastide fr roI activ n asimilaie. Au aceeai organizare ca i cloroplastele. Sunt colorale in galben, portocaliu sau rou, datorit prezenei unor pigmeni din grupa carotenoizilor. Cei mai frecveni carotenoizi sunt alfa-carotenul i betacarotenul(C40H56) de culoare portocalie, existeni n rdcinile de morcov, licopenul, un izomer al carotenului de culoare roie existent n fructele de tomate i ardei, precum i diferite forme de carotenoizi oxidai , de culoare galben, cum sunt: criptoxantina, xantofila, luteina, crizantemoxantina, violoxantina etc.Din combinarea acestor pigmeni carotenoizi, n stare redus sau oxidat, rezult culorile din petalele florilor (crizanteme, lalea. crin, viorele, etc), din frucee (mce, ardei, tomate, pepene, portocal etc), din frunze (varz roie, lobod), i din rdcini i bulbi (sfecl roie, ceap roie). Cromoplastele prezint un coninut relativ ridicat de lipoide (50%), proteine (20%) i acid ribonucleic .a. Rolul carotenoizilor n petalele florilor i n fructe ar fi acela de atrage psrile i insectele, iar prin intermediul acestora ar participa indirect la rspndirea speciilor. n frunzele verzi carotenoizii sunt mascai de culoarea verde a clorofilei i de aceea nu se pot vedea dect toamna, cnd se reduce cantitatea de clorofil.

Leucoplastele sunt plastide incolore, prezente n celulele esuturilur embrionare din vrful rdcinilor i al tulpinilor, n petalele albe ale florilor, n albumenul seminelor, n bulbi, rizomi, tuberculi. n funcie de substanele de rezerv care se acumuleaz n strom, leucoplastele poart denumiri diferite: amiloplaste (cu grunciori de amidon) prezente n tuberculi i rizomi, proteoplaste (cu proteine), oleoplaste (cu lipide) existente n celulele endospermului seminelor de ricin, floarea-soarelui etc. La ntuneric, leucoplastele acumuleaz anumite substane ergastice, care la lumin pot fi folosite la construcia granelor i n felul acesta leucoplastele se transform n cloroplaste sau cromoplaste.

Ribozomii. Sunt particule ultrastructura1e, citoplasmatice, de natur ribo-nucleoproteic, cu dimensiuni cuprinse ntre 80 i 300 prezente n toate tipurile de celule. Au fost descoperii de ctre G. E. Pa1ade (1953) n omogenate de celule hepatice i n ultraseciuni celulare i din aceast cauz se numesc granulele lui Palade. La plante, ribozomii au fost pui n eviden de catre E. Robinson i R. Brown (1953) n celulele rdcinii de bob.

n celulele vegetale, ribozomii se gsesc: ataai peretelui exterior al canaliculelor reticulului endoplasmatic rugos

(ergastoplasm) ataai i pe suprafaa extern a membranei nucleare. n stare liber n interiorul cloroplastelor i al mitocondriilor. sub form liber n hialoplasm (n celulele meristematice, ribozomii sunt

liberi n citoplasm, reticulul endoplasmatic la aceste celule fiind puin dezvoltat). n privina compoziiei chimice, ribozomii sunt de natur nucleoproteic, fiind alctuii

din molecule de ARM asociate cu molecule de proteine bazice, n pri egale, la care se adaug ioni de Ca++ i Mg++ legai de AR ribozomal. Proteinele ribozomale sunt de tipul histonelor (conin arginin, lizin, acid asparagic, acid glutamic i cantiti mai mici de metionin, serin i alanin. n interiorul ribozomului predomin ARN, iar proteinele se gsesc ntr-un strat monomolecular la suprafat. n ribozomi mai exist ribonucleaz n stare legat, precum i esteraze, fosfataze etc., enzime implicate n fotosintez i n proteosintez.

Funcia principal a ribozomilor este sinteza proteinelor, fenomen care se desfoar mai intens la nivelul reticulului endoplasmatic rugos. Asamblarea aminoacizilor n lanuri polipeptidice se realizeaz la nivelul ribozomilor, de unde trec n lumenul reticulului endoplasmatic rugos, prin care circul i migreaz n hialoplasm. Ribozomii izolai sunt inactivi n procesul de proteosintez. Procesul de sintez a proteinelor este declanat prin aciunea acizilor nucleici, cu ajutorul ATP-ului care determin unirea aminoacizilor n lanuri polipeptidice . Aminoacizii sunt transportai din diferite pri ale citoplasmei de ctre

26

moleculele de ARN-transportor. Ordinea de aranjare a aminoacizilor n molecula proteic este determinat de ARN-mesager, care vine din nucleu n citoplasm aducnd informaii genetice specifice transmise de ADN-nuclear. ARN-mesager este fixat pe ribozomi dup un anumit cod" i joac rol de tipar, pe care se asambleaz aminoacizii ntr-o anumit ordine. Activitatea ribozomilor este controlat direct de nucleu, prin intermediul acizilor nucleici (ADN i ARN). Dup asamblarea aminoacizilor n lanuri polipeptidice, ARN-transportor este pus n libertate, i asigur reluarea procesului de proteosintez cu ali aminoacizi venii din hialoplasm.

Dictiozomii. Sunt organite citoplasmatice care constituie elemente de structur ale apratului Golgi, observat n anul 1898 de Camilo Golgi n celulele animale i de A. Guillermond n 1935 n celulele vegetale. Denumirea de dictiozom vine de la grecescul dictyon reea. Dictiozomii se disting uor n celulele tinere ale meristemului apical, n celulele n curs de difereniere i n celulele puternic vacuolizate din parenchimul medular. Unitatea morfologic i de structur a aparatului Golgi este deci dictiozomul o formaiune lamelar, alctuit din 2-10 saculi sau cisterne cu aspect de discuri suprapuse, aproximativ circulare concrescute la centru. La periferie, discurile lamelare ale dictiozomului sunt libere, uor umflate i putin curbate. Un dictiozom seamn cu un teanc de farfurii concrescute la centru, cu marginile libere i uor ngroate. Un sacul sau cistern care intr n alctuirea unui dictiozom este o formaiune lamelar turtit, membranoas, aproximativ circular, cu suprafeele exerioare netede, mrginit de o membran dubl, de aproximativ 75-80 . Dubla membran care nconjoar cisternele dictiozomului este o membran elementar, alctuit din dou foie, fiecare avnd la interior straturi de molecule bipolare de lecitin, aezate cu polii hidrofobi fa n fa, iar spre exterior cte un strat de proteine hidratate. n interiorul dictiozomilor se gsesc proteine, fosfolipide, policglucide, pectine, rinii i foarte puine enzime (fosfataze).

Importante studii cu privire 1a ontogenia aparatului Golgi a efectuat elveianul A. FreyWyslling, care consider c formarea dictiozomului ncepe cu apariia unor membrane duble concentrice, ce se deschid ncet i iau forma unor cisterne cu membran dubl. Lucrnd cu celule vegetale, cercettorii au observat c dictiozomul prezint dou fee sau capete, una formatoare sau imatur, unde se formeaz cisterne noi i alta matur, care conine cisterne ajunse la maturitate, din care se despind mereu vezicule secretorii, care migreaz n citoplasm i i vars coninutul n membrana pectocelulozic a celulei. Veziculele desprinse din saculele dictiozomului conin material de constituie al membranei celulare (pectine i hemiceluloz) i n timpul diviziunii celulare, se aliniaz i conflueaz, pentru a da natere membranei primare, pectocelulozice care separ dou cellule fiice. Dictiozomii joac rol important i n activitatea secretoare a celulei, fiind considerai rezervoare ale produilor nefolositori rezultai din activitatea catabolic (deeuri metabolice - uleiuri volatile, mucilagii, flavonoide).

Lizozomii. Sunt formaiuni citoplasmatice veziculare, de form aproximativ