Curs I Fiziologie 4xe1x

CURS I ORGANIZAREA ANATOMO-MOLECULARA A MATERIEI VII PROF. UNIV. DR. AUREL NECHITA FACULTATEA DE MEDICINA SI FARMACIE GALATI

COMPOZITIA CHIMICA A MATERIEI VII Celula este unitatea de baza morfofunctionala si genetica a organizarii materiei vii. In alcatuirea celulei se disting structuri subcelulare ( organite ) care sunt alcatuite din macromolecule organice iar acestea, la randul lor, sunt formate din elemente chimice , aceleasi elemente chimice pe care le intalnim si in materia lipsita de viata din mediul inconjurator. In organismul uman se intalnesc doua tipuri de elemente chimice : - Macroelementele - in cantitati relativ mari - Microelementele ( oligoelementele ) - in cantitati reduse Macroelementele : carbonul, oxigenul, hidrogenul, azotul, sulful, fosforul, calciul, clorul, sodiul, potasiul, magneziul. Oligoelementele : fierul, cuprul, manganul,iodul, fluorul,zincul, cobaltul etc.

- macroelemente - oligoelemente - saruri minerale - apa

COMPUSI ANORGANICI

COMPOZITIA MATERIEI VII

SUBSTANTE ORGANICE

-

glucide,lipide,proteine vitamine enzime hormoni

Rolul fiziologic al macroelementelor 1. CARBONUL - un organism de 70 Kg contine 12 – 14 kg de carbon - se gaseste fie in combinatii organice ( cu : hidrogenul, oxigenul sau cu : hidrogenul, oxigenul si azotul ) fie in combinatii anorganice ( CO2 ) - CO2 este principalul catabolit, are posibilitatea de hidratare rapida rezultand acidul carbonic care contribuie la modificarea ph-ului ( organismul are o serie de substante tampon apte pentru a neutraliza excesul de aciditate ). - ca element tetravalent, carbonul participa la formarea scheletului aciclic sau ciclic caracteristic substantelor organice - legaturile formate inmagazineaza mari cantitati de energie care sunt eliberate si utilizate in diversele activitati ale organismului in procesele de respiratie celulara.

2. OXIGENUL - exista 44 kg de O2 intr-un organism de 70kg - oxigenul se gaseste in aerul atmosferic in proportie de 21 % - este preluat din aer de catre organism, transportat pe cale sangina si utilizat imediat la nivelul tesuturilor. - organismul nu are rezerve de oxigen ( se gaseste in hemoglobina, dar, in lipsa unei surse, O2 se epuizeaza in 2-5 min ) - energia necesara mentinerii proceselor vitale isi are originea in procesele oxidarii celulare. Oxigenul este principalul acceptor al protonilor formand apa metabolica. - absenta oxigenului atmosferic este incompatibila cu viata. - pe de alta parte, cand oxigenul se gaseste in exces, se creaza o serie de produsi toxici = radicalii liberi , produsi de o reducere incompleta a oxigenului.

3. HIDROGENUL - continutul in hidrogen este de 7 kg pentru un organism cu greutatea de 70 kg. - acesta este asigurat printr-un aport continuu de apa si substante organice reduse - se produce in urma hidratarii CO2 si a disocierii H2CO3 - prin intermediul hidrogenului se realizeaza transferul de electroni si formarea puntilor de hidrogen caracteristice substantelor organice - are rol in mentinerea echilibrului acido-bazic - este implicat in sinteza HCl - transporturile membranare se fac datorita schimburilor ionice

4. AZOTUL - reprezinta 14 % din greutatea organismului si se gaseste intr-o proportie de 79 % in aerul atmosferic - este introdus in organism sub forma combinatiilor azotate organice - azotul atmosferic este transformat in compusi azotati de catre o serie de bacterii ce se gasesc in sol. Se formeaza acizi aminati care dupa metabolizarea de catre organismul animal sunt eliminati. Produsii de metabolism sunt : ureea, acidul uric si amoniacul. - participa la realizarea proteinelor si are rol structural - participa de asemenea la formarea unor componente glucidice ( hexozamina ) si a unor baze azotate ( purine, pirimidine ) indispensabile structurii si functiei acizilor nucleici.

5. SULFUL - reprezinta 0,65 % din greutate adica 450g la un adult de 70kg - sulfatii sunt preluati din sol de catre plante si sunt transferati organismelor animale - prezenta sa este indispensabila conditionand formarea aminoacizilor cu sulf ( cisteina, metionina ) dar si a hormonilor de natura proteica - creaza punti disulfidice ( - S – S - ) care confera rigiditate polimerilor organici si asigura prin gruparile SH structura tertiara a proteinelor - este implicat in procesele de detoxifiere hepatica prin sulfoconjugare

6. CALCIUL - proportia de calciu din organismul uman este de 1,4 – 1,5% ( aproximativ 1 kg la 70 kg greutate , din care 400 mg in sange si 600 mg in mediul extracelular : 200 mg in muschi si 400 mg in os ) - calciul din sange poate sa circule in forma ionizata ( calciul liber ) sau neionizata ( legat cu proteinele ) dar cel care este determinant pt. efectul fiziologic este cel ionizat - rolurile calciului : - intra in structura osului - contribuie la excitabilitatea membranara ( neurotransmisie ) - este factor de cuplare a excitatiei cu contractia - intervine in activitatea pacemakerului cardiac - in generarea potentialului de actiune cardiac - participa la coagularea sangelui si a laptelui

- compartimentul de schimb de la nivelul osului mobilizeaza Ca 0,5 g/zi pe care il depune sau il scoate in functie de dominanta hormonala. - calcemia normala variaza in jur de 10mg /100ml iar scaderile prin aport insuficient sau prin dezechilibre endocrine ( hipoparatiroidism) se insotesc de tulburari ale excitabilitatii neuromusculare ( tetanie ) si ale homeostaziei osoase ( rahitism) - Semnul ChvosteK : spasm al musculaturii faciale declansat de percutia nervului facial imediat anterior de lobul urechii si sub arcul zigomatic ( acesta este prezent in mod normal la aproape 10 % din populatie ) - Semnul Trousseau: spasm carpal declansat de intreruperea fluxului arterial spre antebrat timp de 3 – 5 min

7. FOSFORUL

- prezent in cantitate de 440 g la un organism de 70 kg - asimilarea fosfatilor din sol este asigurata de organismele vegetale - rolul cel mai important consta in implicatia sa majora impreuna cu calciul in echilibrul fosfo-calcic mentinut constant de interventii hormonale endocrine, conferind scheletului rigiditatea necesara - este un important produs structural intrand in alcatuirea fosfolipidelor si a fosfoproteinelor componente capabile sa stocheze energie - este constituient al sistemului tampon ( face parte din sistemul tampon al fosfatilor ). Acesta mentine echilibrul metabolic in organism in sensul ca impiedica acumularea in exces de baze sau de acizi.

8. SODIUL - cantitatea de sodiu din organism este de 55 g la 70 kg - concentratiile sodiului : - in sange : 135 – 140 mEq / L - in celula : 10 – 37 mEq / L - aceasta repartitie inegala, mentinuta prin permeabilitatea selectiva a membranei si prin mecanismele de transport activ, contribuie la aparitia potentialului de repaus transmembranar - sodiul contribuie la mentinerea echilibrului hidroelectrolitic si acido-bazic - necesarul de sodiu zilnic variaza intre 3 – 5 g. O cantitate mai mare sau mai mica atrage tulburari ale echilibrului osmotic - aportul de sodiu se face prin sarea de bucatarie. Este necesara o cantitate de 5 – 6 g / zi - retentia de sodiu determina aparitia senzatiei de sete si a edemelor, in timp ce pierderea exagerata de sodiu determina astenie musculara, crampe, cefalee si varsaturi.

- sursele principale de sodiu din alimentatie sunt : sarea de bucatarie, carnea, painea, laptele - o serie de alimente aduc o contributie redusa de aport de sodiu : dulciuri, orez, fainoase - rolurile sodiului in organism sunt numeroase : 1. influentarea presiunii osmotice 2. influentarea miscarii apei in compartimentele din organism 3. modificarea osmolaritatii plasmei ( unul din factorii ce determina senzatia de sete ) 4. implicatii patologice: hipertensiunea arteriala ( HTA ) 5. implicat in echilibrul acido-bazic intrand in constitutia bicarbonatilor 6. rol important in fenomenele membranare celulare - excitabilitatea celulara - permeabilitatea membranara

9. POTASIUL

- concentratia sa este mai mare in interiorul celulei decat in afara ei : - in celula : 150 mEq / L - in sange : 4,5 mEq / L - necesarul zilnic de 3 g asigura mentinerea unei cantitati totale de 180 g de potasiu in organism - rolurile potasiului : - participa la mentinerea potentialului de repaus - asigura excitabilitatea celulara - repolarizarea din timpul potentialului de actiune - intervine in contractia musculara - contribuie la valoarea presiunii osmotice

ureea glicemia Osm = 2 ( Na ) + K + -------- + ------------2,8 18 - intervine cu rol reglator si in sinteza de proteine, glicogen etc.

10. CLORUL - la un organism de 70 kg gasim 125 g de clor, cantitate asigurata printr-un aport alimentar zilnic de 3 – 5 g. - concentratia ionilor de clor = in plasma : 103 mEq / L = citoplasmatica : 4 mEq / L - participa la mentinerea potentialului de repaus al membranei si al echilibrului hidroosmotic - la nivelul tesutului cardiac cresterea influxului de clor contribuie la evolutia potentialului de actiune

11. MAGNEZIUL g

- in organism, cantitatea normala de magneziu este de 35 - concentratia

= in celula : 25 mEq / L = in spatiul extracelular : 1,5 mEq / L - rolurile magneziului : - intervine in activarea enzimelor - intervine in excitabilitatea celulara - intervine in cele trei metabolisme : protidic, glucidic si lipidic - contribuie la mentinerea potasiului in celula - intervine in metabolismul fosfo-calcic ( actioneaza asemanator cu vitamina D )

Ionul de magneziu este factor : -

antistres antialergic antitoxic antianafilactic antiiflamator radioprotector stimulator al fagocitozei si al productiei de anticorpi.

Rolul fiziologic al oligoelementelor Oligoelementele reprezinta mai putin de 0,1 % din greutatea organismului si cu toate acestea ele joaca un rol esential in desfasurarea unor procese vitale. Prezenta lor conditioneaza functionarea majoritatii sistemelor enzimatice iar lipsa acestor factori determina tulburari grave cu consecinte uneori fatale pentru organism.

1. FIERUL - in organismul uman exista 5 g de fier - este constituient al hemoglobinei si are un rol foarte important deoarece functia de transportator a oxigenului de catre hemoglobina se datoreaza prezentei fierului in forma feroasa, singura capabila sa fixeze labil oxigenul. Etapele absorbtiei : 1. in lumen, fierul este pregatit pentru absorbtie ( transformat in forma feroasa Fe2+) 2. in celula intestinala, fierul este mentinut sub forma de depozit prin combinarea cu proteina apoferitina 3. in circulatie este transportat sub forma de transferina - absenta fierului determina tulburari in special asupra formarii elementelor seriei rosii - este implicat in eliberarea energiei in lantul respirator ( citocromi ) - surse de fier in alimentatie : spanac, sfecla rosie, ficat, ou, peste

2. IODUL - se gaseste in plasma in concentratie de 4 – 10 µg / 100ml - rolul sau cel mai important consta in participarea la sinteza hormonilor tiroidieni - in lipsa iodului apare gusa prin acumulare de hormoni tiroidieni - surse de iod : apa de mare, apa dulce, solul, nucile

3. FLUORUL - element necesar fiziologiei dintilor si a oaselor, depozitat in dentina si in os, este cunoscut mai ales datorita rolului sau in preventia cariei dentare - florul este introdus in organism prin apa potabila si prin alimente - in sange se gaseste in concentratie de 100 – 200 µg / dl - in absenta fluorului, se produce osteoporoza iar smaltul dentar devine rugos, fara luciu si patat cu pete maronii - prezenta in exces determina scaderea apetitului si calcificari la nivelul oaselor bazinului sau membrelor

4. ZINCUL - concentratia plasmatica a zincului este de 0,5 – 1 mg / dl asigurata printr-un aport alimentar zilnic de 10 – 15 mg - in organismul uman exista o bogatie de zinc mai ales la nivelul tegumentelor dar si in ochi ( coroida, iris ), muschi, sperma - zincul patrunde in organism unde este absorbit mai putin la nivel gastric si mai mult la nivel intestinal ( duoden si portiunea initiala a intestinului gros ) - absorbtia maxima se face in prima ora dupa masa

Rolurile zincului : - are actiune enzimatica activand multe enzime ( monoaminooxidaze – MAO, anhidraza carbonica, alcool-dehidrogenaza) - rol in fenomenele reparatorii ale plagilor si arsurilor - rol in reproducere, alaptare - rol endocrin, intra in constitutia insulinei - intervine in sinteza proteica - rol in cresterea organismului - implicat in raspunsul organismului la stres

5. CUPRUL

- concentratia cuprului in sange este de 92 – 123 µg / dl - forma circulanta este ceruloplasmina - faciliteaza absorbtia si utilizarea fierului participand si la procesele de transport si utilizare energoeliberatoare a oxigenului -este un compus antiperoxidant care protejeaza organismul de actiunea peroxizilor eliberati de fagocite

6. COBALTUL

- participa la sinteza vitaminei B12 cu rol in hematopoeza - alte roluri : neurotroficitate, crestere si regenerare tisulara - surse alimentare : carnea rumegatoarelor, berea - in cantitate crescuta, predispune la aparitia cardiomiopatiei

7. MANGANUL

prezent in concentratie de 4 µg / dl in sange - favorizeaza utilizarea vitaminei B12 - in cantitate crescuta provoaca leziuni neuronale cu tulburari motorii de tip extrapiramidal si nevrite periferice -

Rolul fiziologic al substantelor organice 1. PROTEINELE - sunt considerate principalii constituienti ai materiei vii si sunt formate din aminoacizi cuplati In secvente diferite si cu grade diferite de complexitate - au rol structural important pentru ca intra in constitutia membranelor si a aproape tuturor structurilor organice. Intra in componenta umorilor ( cu exceptia bilei si urinei ) - au rol energetic ( 1g proteine = 4,1 kcal ) - participa la constituirea unor sisteme tampon intervenind in mentinerea echilibrului acido-bazic - au un rol deosebit de important in procesele de crestere si dezvoltare. Metabolismul proteic este cel mai intens in viata intrauterina. Exista o proteina ( α1globulina ) care in viata intrauterina este prezenta in procent de 10 % iar dupa nastere prezenta ei are semnificatia unui un proces neoplazic.

Structura proteinelor - proteinele au specificitate de specie, de individ, de organism data de structura primara si de organizarea secventiala - structura primara este foarte stabila, se realizeaza prin legaturi covalente. Ruptura lanturilor polipeptidice se realizeaza pe cale enzimatica - structura secundara se realizeaza prin legaturi electrostatice care se stabilesc in diferite portiuni ale lantului polipeptidic. Sunt mai putin stabile decat cele primare. Sunt tot timpul desfacute si refacute - structura tertiara - aranjarea spatiala

- structura cuaternara - legaturi de tipul puntilor de

hidrogen, puntilor ionice, legaturi cu sulf etc.

Proprietatile fizico-chimice ale proteinelor 1 - au capacitate mare de hidratare care se datoreaza structurii lor ( grupari polare ) si proprietatii apei de a actiona ca dipol. Presiunea coloidosmotica a compartimentului lichidian in care se afla proteinele reprezinta un important factor de directionare a apei intre diversele compartimente ale mediului intern 2 - caracterul amfoter , datorat prezentei simultane a gruparilor aminice si carboxilice le face sa se comporte ca acizi in medii alcaline si ca baze in medii acide. Acest fapt explica participarea proteinelor ca sisteme tampon in echilibrul acidobazic 3 – solubilitate diferita : albuminele sunt hidrosolubile si au rol in transportul altor substante si in mentinerea presiunii osmotice. Globulinele sunt solubile doar in solutii alcaline. Proteinele fibrilare sunt insolubile 4 – greutatea moleculara mare care le impiedica sa traverseze pasiv membranele celulare si joaca rol deosebit in schimburile hidro-electrolitice dintre diversele compartimente ale organismului.

Proteinele plasmatice Sunt un grup de substanţe ce diferă atat structural cât şi funcţional, având o concentraţie de 6-8 g/100ml. Toate proteinele plasmatice au o formă globulară.Unele proteine sunt simple, neconjugate cum este cazul albuminei, altele au o structură complexă şi sunt conjugate cum este cazul lipoproteinelor sau a glicoproteinelor.

Aproape jumătate sau chiar mai mult din proteinele plasmatice sunt reprezentate de albumină.

Albumina Este o moleculă relativ mică (67.000 daltoni) având o concentraţie de 40 g/litru. Ea este produsă în ficat si metabolizată în ficat, rinichi şi peretele intestinal. Albumina are o semiviaţă de 20 de zile.Zilnic este sintetizată şi distrusă o cantitate de 13 grame de albumină. Rolul principal al albuminei este de transport a unei mari varietăţi de substanţe. Albumina transportă bilirubina, acizii graşi liberi, cortizonul, hormonul tiroidian si Ca++. De asemeni, albumina transportă medicamente cu caracter acid, cum sunt bunăoară barbituricele. Albumina are o contribuţie majoră în realizarea presiunii oncotice, parte a presiunii osmotice ce dirijează transferul apei între diversele compartimente (membranele biologice fiind permeabile pentru apă).

Clasificarea proteinelor

Holoproteine

Heteroproteine

-

albumine globuline histone protamine

-

scleroproteine ( in structura cheratinei ) fosfoproteine ( cazeina ) glicoproteine( transferina, ceruloplasmina ) lipoproteine ( in constitutia membranelor ) cromoproteine( hemoglobina, citocromii ) nucleoproteine( implicate in transportul caracterelor ereditare )

Proteinele strabat sau nu membranele celulare. Acest lucru are o importanta deosebita in formarea potentialului membranar de repaus. Proteinele din celula nu pot strabate membrana spre exterior. Repartitia se face inegal de o parte si de alta a membranei.

2. GLUCIDELE - sunt metabolizate fara acumulare de produsi intermediari si sunt folosite ca materie energetica pentru organism - 1 g glucide = 4,1 kcal - sunt aduse prin alimentatie sub diferite forme, ajung la nivelul tubului digestiv unde sunt transformate in compusi capabili sa intre in sange. - o data absorbite la nivelul tubului digestiv se indreapta spre ficat unde formeaza glicogenul = sursa importanta de glucide a organismului. - la nivelul ficatului se depoziteaza atat glucidele alimentare cat si cele formate prin gluconeogeneza - din glicogen, atunci cand organismul are nevoie, se elibereaza glucoza - majoritatea glucozei este oxidata in vederea obtinerii energiei necesare functiilor vitale

Oxidarea glucozei se desfasoara in doua etape succesive :

1. etapa anaeroba - in care se formeaza acidul piruvic sau

acidul lactic ( produsul final al glicolizei anaerobe ). Daca celula nu primeste oxigen acidul lactic se acumuleaza si provoaca acidoza

2. etapa aeroba – care nu se poate desfasura in absenta

oxigenului ( este formata din ciclul Krebs al acizilor tricarboxilici). Se ajunge la transformarea finala a glucozei in CO2 si H2O, cu eliberarea unor mari cantitati de energie stocata in ATP. Sediul glicolizei anaerobe este citoplasma celulei iar al celei aerobe il constituie mitocondriile. Glucoza poate fi convertita intr-o serie de metaboliti cum ar fi : acizii grasi si glicerolul, aminoacizii si alte hidrocarbonate – pentoza, galactoza.

Clasificarea glucidelor I . OZE 1 . Trioze : aldehida glicerica, dihidroxiacetona 2. Pentoze : riboza, dezoxiriboza - glucoza 3. Hexoze : - galactoza - fructoza 4. Derivati : acizi uronici II . OZIDE 1. Oligozide : maltoza, lactoza, zaharoza 2. Poliozide : amidon, celuloza, glicogen

3. LIPIDELE - sunt esteri ai polialcoolilor cu acizi grasi - reprezinta “combustibilul” de rezerva (repartizat in tesutul celular subcutanat, in jurul unor organe) care se mobilizeaza in starile de inanitie ------ 1g lipide = 9,2 kcal - sunt de doua feluri 1. de constitutie – intra in structuri si nu variaza cu alimentatia 2. de circulatie – dau valoarea lipemiei ( 6 – 8 g ‰ ) - au in primul rand rol energetic dar sunt implicate si in: - permeabilitatea membranara (substante liposolubile) - protectia impotriva formarii de radicali liberi - formarea acizilor biliari si intra in constitutia unor hormoni sterolici

Clasificarea lipidelor :

Lipide simple

Lipide complexe

- gliceride = trigliceride - ceride = ceara - steride = colesterolul

- fosfatide ( lecitine, cefaline, sfingomielina) - glicolipide ( cerebrozide ) - lipoproteine