Baze moleculare ale vieții

Studiază compoziția chimică a celulei și rolul biomoleculelor în procesele vitale.

Apa și sărurile minerale

Apa reprezintă 60–70% din masa corpului adult și este solventul universal al celulei. Proprietățile ei biologic importante decurg din polaritatea moleculei și din legăturile de hidrogen dintre molecule:

• solvent pentru substanțele polare (ionice, hidrofile) — mediul tuturor reacțiilor metabolice;
• căldură specifică mare — tamponează variațiile de temperatură ale organismului;
• căldură de vaporizare mare — evaporarea transpirației răcește eficient corpul;
• coeziune și adeziune — permit ascensiunea sevei prin vasele conducătoare ale plantelor.

Conținutul de apă variază cu vârsta (scade la bătrânețe), cu intensitatea metabolismului (țesuturile active — creier, mușchi — sunt bogate în apă) și cu tipul de țesut (smalțul dentar și țesutul adipos sunt sărace în apă).

Sărurile minerale apar dizolvate (ioni) sau în combinații solide. Roluri de reținut: Ca2+ și P — oase și dinți, contracție musculară, coagulare; Fe2+ — în hemul hemoglobinei; Na+ și K+ — potențialele electrice ale membranei, echilibrul osmotic; Mg2+ — în clorofilă și cofactor enzimatic; I — în hormonii tiroidieni. Grilă frecventă: fierul e în hemoglobină, dar magneziul e în clorofilă — nu invers.

Glucidele – structură și rol

Glucidele (zaharurile) au formulă generală de tip Cn(H2O)n și rol dominant energetic (1 g eliberează ~4,1 kcal). Se clasifică după numărul de unități:

• Monozaharide: glucoza și fructoza (hexoze, C6), riboza și dezoxiriboza (pentoze, C5 — intră în structura acizilor nucleici). Glucoza este combustibilul principal al celulei, singurul folosit în mod normal de neuroni.
• Dizaharide (două monozaharide unite prin legătură glicozidică, cu eliminare de apă — condensare): zaharoza = glucoză + fructoză; maltoza = glucoză + glucoză; lactoza = glucoză + galactoză.
• Polizaharide (polimeri de glucoză): amidonul — rezerva plantelor; glicogenul — rezerva animalelor (în ficat și mușchi); celuloza — rol structural în peretele celular vegetal, nedigerabilă de enzimele umane.

Capcana clasică de examen: amidon, glicogen și celuloză sunt toate polimeri ai aceleiași glucoze, dar diferă prin tipul legăturilor și prin rol — primele două sunt rezerve, celuloza e structurală. A doua capcană: glicogenul este polizaharid animal, nu vegetal; cine scrie „amidon în ficat” pierde punctul.

Lipidele – structură și rol

Lipidele sunt biomolecule hidrofobe (insolubile în apă, solubile în solvenți organici). Categoriile de reținut:

• Trigliceridele (grăsimile neutre) = glicerol + trei acizi grași. Rol de rezervă energetică — 1 g eliberează ~9,3 kcal, mai mult decât dublul glucidelor; în plus, protecție mecanică și izolare termică. Acizii grași saturați (fără duble legături, de regulă solizi, de origine animală) se deosebesc de cei nesaturați (cu duble legături, uleiuri vegetale).
• Fosfolipidele = glicerol + doi acizi grași + grupare fosfat. Sunt molecule amfipatice: cap hidrofil și cozi hidrofobe. De aceea se autoorganizează în bistrat — fundamentul tuturor membranelor celulare. Aceasta e legătura de care se agață grilele: fără caracterul amfipatic nu ar exista membrane.
• Steroizii au schelet de patru cicluri de carbon. Colesterolul intră în membranele animale (le reglează fluiditatea) și este precursorul hormonilor steroizi (cortizol, testosteron, estrogeni) și al vitaminei D.

Confuzie frecventă: rezerva energetică rapidă a organismului e glicogenul (mobilizabil imediat), pe când lipidele sunt rezerva de durată, mai concentrată energetic; la egalitate de masă, lipidele stochează de peste două ori mai multă energie.

Proteinele – structură și funcții

Proteinele sunt polimeri de aminoacizi (20 de tipuri) legați prin legături peptidice, formate prin condensare între gruparea carboxil a unui aminoacid și gruparea amino a următorului.

Nivelurile de organizare — întrebare sigură la admitere:

• Structura primară — secvența aminoacizilor, determinată genetic;
• Structura secundară — spiralări locale (alfa-helix) sau pliuri (foaie beta), stabilizate prin legături de hidrogen;
• Structura terțiară — forma tridimensională globală a unui lanț;
• Structura cuaternară — asocierea mai multor lanțuri (hemoglobina are patru).

Denaturarea (căldură, pH extrem, metale grele) distruge structurile secundară, terțiară și cuaternară, dar păstrează structura primară — legăturile peptidice nu se rup; proteina își pierde totuși funcția, pentru că funcția depinde de forma spațială.

Funcțiile de exemplificat la examen: enzimatică (amilaza), structurală (colagen, keratina), de transport (hemoglobina), contractilă (actina și miozina), de apărare (anticorpii), hormonală (insulina), energetică — doar în lipsă de glucide și lipide. Capcană: nu orice proteină e enzimă, dar aproape toate enzimele sunt proteine.

Enzimele – proprietăți și mecanism de acțiune

Enzimele sunt biocatalizatori, majoritar de natură proteică: accelerează reacțiile chimice scăzând energia de activare, fără să se consume în reacție și fără să modifice echilibrul final — doar viteza atingerii lui.

Mecanism: substratul se leagă la situsul (centrul) activ al enzimei, formând complexul enzimă–substrat; după transformare, produșii se eliberează, iar enzima rămâne intactă și reia ciclul. Specificitatea se explică prin complementaritatea dintre situsul activ și substrat — modelul clasic „lacăt și cheie”, corectat modern prin potrivirea indusă (situsul se mulează pe substrat).

Factorii care influențează activitatea enzimatică:

• Temperatura — activitate maximă la temperatura optimă (~37 °C la om); peste ea, enzima se denaturează ireversibil. Frigul doar încetinește reacția, nu denaturează — capcană frecventă.
• pH-ul — fiecare enzimă are pH optim propriu: pepsina lucrează la pH ~2 (stomac), tripsina la pH ~8 (duoden). Grilele adoră inversarea lor.
• Concentrația substratului — viteza crește până la saturarea tuturor situsurilor active, apoi rămâne constantă.

Unele enzime cer parteneri neproteici: cofactori (ioni metalici) sau coenzime (molecule organice, adesea derivate din vitamine — NAD+ din vitamina PP).

Acizii nucleici – tipuri și funcții

Acizii nucleici sunt polimeri de nucleotide; fiecare nucleotidă are trei componente: o bază azotată, o pentoză și un radical fosfat.

ADN-ul: pentoza este dezoxiriboza; bazele sunt adenina, guanina (purinice), citozina și timina (pirimidinice). Structura, stabilită de Watson și Crick (1953): dublu helix din două catene antiparalele, unite prin legături de hidrogen între baze complementare: A=T (două legături), G≡C (trei legături). Consecința aritmetică, cerută la calcule: A=T și G=C, deci A+G = T+C. ADN-ul păstrează informația genetică și se transmite prin replicare semiconservativă.

ARN-ul: pentoza este riboza; în locul timinei apare uracilul; molecula este de regulă monocatenară. Tipuri: ARNm (mesager — copiază informația unei gene), ARNt (transfer — aduce aminoacizii la ribozom), ARNr (ribozomal — intră în structura ribozomilor).

ATP-ul — tot o nucleotidă (adenină + riboză + trei fosfați) — este „moneda energetică”: energia se eliberează la ruperea legăturii ultimului fosfat (ATP → ADP + P).

Capcanele standard: timina doar în ADN, uracilul doar în ARN; complementaritatea corectă e A–T (nu A–C); iar G≡C are trei legături de hidrogen, ceea ce face ADN-ul bogat în G–C mai stabil termic.

Test — 6 întrebări ca la examen

Grile de admitere UMF — 5