METABOLISME

Biomolècules orgàniques

Lípids, proteïnes, àcids nucleics i glúcids

Funció dels glícids

• Energètica (principal) i com a reserva energètica (midó dels vegetals, glicogen dels mamífers)

• Estructural (quitina dels fongs i cel·lulosa de la paret vegetal)

Funció dels lípids

• Estructural → forma la membrana plasmàtica

• Energètica → Reserva energètica en els mamífers

• Reguladora → algunes vitamines i hormones són lipídiques

Funció dels àcids nucleics

• Portadora d’informació genètica en forma d’ADN o ARN

• Energètica → ATP (moneda energètica)

Funció dels pròtids

• Estructural → citoesquelet (esquelet intern de la cèl·lula) , (tmb cabells)

• Reguladora → enzims, vitamines, hormones (insulina…)

• Energètica

Definició enzims

Molècules que faciliten o presenten moltes de les reaccions químiques necessàries per a un bon funcionament del nostre metabolisme. Estan formats per proteïnes.

Estructura primària de les proteïnes

L’estructura primària d’una proteïna consisteix en la unió de molts aminoàcids mitjançant enllaços peptídics. (enllaços entre l’extrem COOH i l’estructura NH2 de l’altra)

Descriu el procés de la formació d’un enllaç peptídic

1. Extrem COOH d’A1 i l’extrem NH2 d’A2 reaccionen → el grup OH s’ajunta amb un H del NH2

2. S’uneixen els aminoàcids i s’allibera aigua (condensació)

Estructura secundària de les proteïnes

Els diferents aminoàcids de la cadena interaccionen entre si formant ponts d’hidrogen. Fa que la cadena comenci un plegament en una forma determinada.

→ Estructures de plegament

• Làmina plegada beta

• Hèlix alfa

Estructura terciaria

Es forma per la interacció de les estructures alfa i beta de l’estructura secundària. Això li dona la forma definitiva. (la forma definitiva depèn de l’ADN i la funció de la proteïna depèn de la seva forma)

Estructura quaternaria

Es dona en les ocasions en què s’uneixen diferents proteïnes (ex: hemoglobina)

Què són els enzims i l’activitat enzimàtica? Que determina la seva especificitat?

• Molècules (normalment proteiques) que faciliten o permeten diferents reaccions químiques. Cada enzim és específic de catalitzar una reacció química.

• L’activitat enzimàtica es mesura com la velocitat de les reaccions catalitzades d’un enzim: el nombre de molècules de substrat transformades en producte per unitat de temps.

  (mesura la velocitat de la capacitat d’un enzim de transformar un substrat en un producte)

• La forma de l’enzim determina l’especificitat.

De quins factors depèn l’activitat enzimàtica?

— Zona activa/centre actiu: Unió del substrat amb un lloc de l’enzim constituït per certs aminoàcids on només pot unir-se a un substrat determinat. (Regió d’unió entre un substrat i un enzim)

— Concentració de l’enzim: com més gran sigui el nombre de molècules de l’enzim → més gran la capacitat de transformar el substrat en producte

— Concentració del substrat: Més concentració del substrat → augment de velocitat (més probable que substrat i enzim es trobin).

S’assoleix la velocitat màxima (tots els enzims estan ocupats, per tant, saturats pel substrat)

— Temperatura i pH: En temperatura/pH òptims s’assoleix la velocitat màxima.

— Modificacions covalents de l’enzim: ex: fosforilació →modifica l’estructura de lloc actiu o l’estructura tridimensional de l’enzim i la seva afinitat pel substrat.

Què és la KM?

És la meitat de la velocitat màxima. Defineix l’afinitat entre el substrat i l’enzim. Expressa la concentració de substrat quan s’arriba a la meitat de la velocitat màxima.

🡡 KM = 🡣 afinitat entre el substrat i l’enzim

Anabolisme

Síntesi de molècules. (De molècules simples a molècules complexes)

Catabolisme

Digestió de molècules. (De molècules complexes a molècules simples)

Equació de la respiració cèl·lular

C6H12O6 — (produeix ATP) —> 6CO2 + 6H2O

Equació de la fotosíntesi

6CO2 + 6H2O — (utilitza llum) —> 6C6H12O6 + 6O2

Fosfocreatina

• Molècula que presenta un enllaç ric en energia al qual permet el pas d’ADP a ATP (forma més ràpida d’aconseguir ATP)

• Sempre present en la musculatura (però és limitada, si no → glucosa)

• Es trenca i l’energia s’utilitza (ATP → ADP)

Procés de glicogen a ATP

Procés anaeròbic

1. Glicogen — (glicogenòlisi, hidròlisi del glicogen) —> glucosa 6-P

2. 6C Glucosa 6-P — (Glucòlisi, es redueix 2NAD+ a 2NADH) -> Piruvat 3C

2 ATP → 2 ATP (valor net, originalment 4, però hem invertit 2 ATP d’entrada)

3- 2Pirvuat — (Fermentació làctica, Oxidació del 2NADH a 2NAD+) —> 2lactat

S’acumula lactat i ATP

Conseqüències de l’acumulació de lactat

• Disminució del pH → enzims funcionen pitjor (disminució de l’activitat enzimàtica) i es deixa de fer la glucòlisi (la glucòlisi està catalitzada per enzims)

• Teixit muscular perd la capacitat de contracció

• Acumulació de lactat genera un deute d’oxigen (cos requereix molt oxigen per oxidar el piruvat i que el lactat es vagi convertint en piruvat)

Fermentació i organismes que la realitzen

Procés catabòlic on hi ha una oxidació incompleta de compostos orgànics.

• Normalment anaeròbic (existeix la fermentació aeròbica)

• Es produeixen 2 ATP per cada glucosa (rendiment energètic baix)

— Microorganismes o teixits: llevats, bacteris, algunes cèl·lules vegetals i cèl·lules animals (eritròcits)

Tipus de fermentació

Segons la substància que s’obté com a producte final

• Làctica: lactosa → àcid làctic

• Alcohòlica: glucosa → etanol i CO₂

• Pútrida: (descompon) restes orgàniques → matèria orgànica

Fermentació làctica procés

Lactosa — (lactasa) —> Glucosa + galactosa — (isomerasa) —> 2 Glucoses → 4 àcids pirúvics —(lactat deshidrogenasa) —> 4 àcids làctics + 4 ATP (de la glucòlisi)

Procés dels triacilglicèrids del teixit adipós fins al cicle de krebs

Triacilglicèrids — (lipòlisi) —> àcids grassos — (beta oxidació) — acetil-COA —> cicle de krebs

Definició de beta oxidació i fórmula

S’obtén molècules d’acetil-CoA a partir d’una molècula d’àcid gras

Nombre d’Acetil CoA = nombre de C de l’àcid gras/2

Procés de la beta oxidació

1. Activació de l’àcid gras per la unió d’un enzim CoA.

2. Entrada al mitocondri.

3. Oxidació del tercer carboni.

4. La molècula es trenca i es forma un àcid gras de 2 carbonis menys i un acetil CoA.

5. Aquest procés es repeteix fins que l’àcid gras s’ha acabat i s’ha convertit en acetil CoA.

6. Cada acetil CoA entra al cicle de Krebs.

Cicle de Krebs

Es dona al mitocondri.

1. La molècula que inicia el cicle de Krebs és l’Acetil CoA (2C)

2. L’Acetil CoA s’uneix a una molècula de 4 carbonis, l’oxolacetat, que prové del cicle de Krebs i formen el citrat (6C)

3. El citrat pateix 2 descarboxilacions (se li treuen 2 carbonis) i això produeix 2CO₂.

   (Durant el procés de descarboxilacions es produeixen: 3NADH, 1FADH2, 1 GTP i 1 ATP)

   El 3NADH i 1FADH2 s’utilitzen a la cadena respiratòria.

Localització i estructura de la cadena respiratòria/de transport d’electrons. Que forma cada complex proteic?

Localització: doble membrana interna mitocondrial

• 4 complexos proteics de membrana:

(Complex 1,2,3 són bombes de protons que gràcies al poder reductor del NADH i el FADH bombardegen H+ a l’espai intermembranós.)

— Complex 1: NADH → NAD+

— Complex 2: FADH2 → FAD+ (S'utilitzen al cicle de krebs)

— Complex 3: H+ + 1/2O2 →H₂O

— Complex 4 → ATP sintasa: fa passar protons de l’espai intermembranós a la matriu mitocondrial. Com ho fa a favor de gradient (passa protons d’on hi ha més a on n’hi ha menys) es genera energia potencial que li permet per produir ATP.

ADP + P → ATP

Fosforilació oxidativa

Fabricació d’ATP per part de l’ATP sintasa

**Procés de la cadena respiratòria/de transport d’electrons

Vies metabòliques s’han de donar per acumular glucosa que sobra en forma de greix

1. Glucosa a piruvat (glucòlisi)

2. Piruvat a acetil-CoA

3. Acetil-CoA a àcids grassos (lipogénesi)

4. Àcids grassos a triacilglicèrid (esterificació)

Balanç energètic de la glucosa en un exercici aeròbic

36 a 38 ATP (depenen del tipus de cèl•lula)

Fotosíntesi

• Procés anabòlic (construcció de materia orgánica) mitjançant el qual organidmed fotoautòtrofs produeixen glucosa i oxigen a partir de CO2, llum i H2O

• Té lloc als cloroplasts

Procés de la fase lluminosa/dependent de la llum/fotoquímica, en quin complex proteïc es dona cada pas i on té lloc

(Té lloc a la membrana tilacoidal)

1. Captació de llum

2. Fotòlisi de l’H2O i s’allibera O2 al medi. — (Fotosistema II)

3. Generació de poder reductor amb el NADPH (producció NADPH) — (NADP reductasa)

4. Producció d’ATP gràcies a l’acumulació de protons dins de l’espai tilacoidal.

Amb l’ATP i el NADPH que produeix durant la fase lluminosa s’inicia la següent fase.

Fase no lluminosa/Cicle de Calvin

• Fixació del carboni on un àtom de carboni, en forma de matèria inorgànica (perquè forma part del CO₂), passa a formar part d’una molècula orgànica (glucosa normalment).

• Se sintetitza 1 glucosa a partir de 6CO2 (prové de l’atmosfera) per cada glucosa i es consumeix 9ATPs i 6 NADPH (provenen de la fase lluminosa)

• Enzim encarregat: Rubisco

• Els organismes quimioheteròtrofs depenen d’aquest procés

• Cicle tancat

Procés bioquímic fermentació alcohólica

Glucosa → 2Etanol + 2CO2 + 2ATP

Rutes metabòliques catabòliques aeròbiques i anaeròbiques

• Beta oxidació d’àcids grassos

• Cicle de Krebs (Acetil CoA → CO2, 3NADH, 1FADH2, 1 GTP)

• Transport d’electrons

• Glicogenòlisi (glicogen→glucosa)

• **Glucòlisi (glucosa→piruvat)

• Lipòlisi (triacilglicèrid → àcids grassos)

• Degradació de proteïnes/proteòlisi (proteïnes→ aminoàcids)

• Degradació d’aminoàcids

• **Fermentació

**: anaeròbic

Rutes metabòliques anabòliques

• Glicogènesi (Glucosa→glicogen)

• Gluconeogènesi (Piruvat→glucosa)

• Lipogènesi (acetil-CoA → àcids grassos)

• Esterificació (àcids grassos → esterificació)

• Síntesi d’aminoàcids

• Síntesi de proteïnes (aminoàcids → proteïnes)

• Fotosíntesi

Importància biològica de la fotosíntesi

• Controlar el nivell de CO₂ a l’atmosfera

• Produir O2

• Fixació del C per produir matèria orgànica (dona aliment a tots als organismes quimioheteròtrofs)