Els mitocondris i el metabolisme energètic: Apunts de Biologia

I 0 flashcards i 4 preguntes més al document.

Text del document

APUNTS BIOLOGIA Grau en Nutrició Humana i Dietètica Universitat Ramon Llull AprenAI 2026-2027 Apunts sobre estructura mitocondrial, cadena respiratòria, fosforilació oxidativa, desacoblament energètic i metabolisme muscular aeròbic i anaeròbic.

APREN.AI Índex 1 Estructura mitocondrial i mobilització de nutrients Funció general dels mitocondris i degradació de la glucosa Compartiments i membranes mitocondrials Digestió, emmagatzematge i mobilització de nutrients 2 Oxidació de metabòlits i cadena respiratòria Oxidació de substrats a la matriu mitocondrial Organització i flux d'electrons a la cadena respiratòria Potencial redox i generació del gradient electroquímic 3 Fosforilació oxidativa i desacoblament energètic Estructura i catàlisi mecànica de l'ATP sintetasa Competència pel gradient de protons Desacoblament químic i fisiològic: termogènesi 4 Metabolisme muscular aeròbic i anaeròbic Tipus de fibres musculars i adaptació metabòlica La fermentació a les fibres clares Distribució muscular i plasticitat 5 Resum per repassar Compartiments i membranes mitocondrials Oxidació de metabòlits i cadena respiratòria Fosforilació oxidativa i termogènesi Metabolisme muscular durant l'exercici Solucions de les preguntes de repàs Aquests apunts poden contenir errors o omissions.

Són un material de suport i no substitueixen el temari oficial ni el professorat: contrasta la informació important. Els mitocondris i el metabolisme energètic: Apunts de Biologia 1 1 Estructura mitocondrial i mobilització de nutrients EN ACABAR SABRÀS Distingir les propietats i funcions de les dues membranes mitocondrials. Descriure la mobilització seqüencial de reserves energètiques a l'organisme. PENSA-HI ABANS DE LLEGIR 1 Per què el rendiment energètic de la glucosa és molt més gran en presència d'oxigen que en condicions anaeròbiques?

Funció general dels mitocondris i degradació de la glucosa Els mitocondris són orgànuls eucariotes encarregats de fer servir l'oxigen per obtenir ATP a partir de l'oxidació dels aliments. Aquest procés catabòlic extreu protons ( ) i electrons ( ) dels substrats mitjançant una reacció global exergònica. En la respiració cel·lular, l' actua com a acceptor final d'electrons. La font primària d'energia és comunament la glucosa. Al citosol té lloc la glucòlisi, via en la qual la glucosa es trenca en dues molècules de piruvat mitjançant reaccions d'oxidació, transformant el en NADH i rendint una quantitat modesta d'ATP.

Esquema del destí metabòlic aeròbic i anaeròbic del piruvat En absència d'oxigen (condicions anaeròbiques), la cèl·lula no pot derivar els productes al mitocondri i necessita regenerar el mitjançant la fermentació, transformant el piruvat en lactat. Per contra, en presència d'oxigen, el piruvat ingressa al mitocondri i s'oxida per complet fins a , aconseguint produir 15 vegades més ATP que la via anaeròbica simple.

H+ e O 2 NAD+ NAD+ CO 2 Els mitocondris i el metabolisme energètic: Apunts de Biologia 2 Compartiments i membranes mitocondrials L'arquitectura del mitocondri consta de dues membranes d'origen evolutiu distint i dos espais interns clarament diferenciats: Membrana mitocondrial externa (MME): altament permeable a causa de la presència de porines. Aquestes proteïnes integrals formen làmines beta enrotllades en barril rígid amb un diàmetre ampli, permetent el pas Iliure de soluts però bloquejant macromolècules. Membrana mitocondrial interna (MMI): extremadament impermeable, on la difusió simple és gairebé nul·la (només petites molècules com l' la creuen).

Conté el lípid especial cardiolipina, responsable d'aquesta alta impermeabilitat. Presenta una proporció proteica molt elevada (75 % proteïnes i 25 % lípids), allotjant els transportadors de la cadena respiratòria i els complexos ATP sintetasa. Espai intermembrana: situat entre ambdues membranes, amb una composició i concentració de soluts similar a la del citosol. Matriu mitocondrial: espai intern delimitat per la MMI. Té un pH bàsic (molt alt), una concentració molt baixa de protons i nombroses càrregues negatives.

A la matriu hi ha enzims solubles (cicle de Krebs i beta-oxidació), ribosomes, ARNm, ARNt i diverses còpies (entre 5 i 10 molècules) d'un ADN bicatenari i circular, semblant al bacterià. Aquest genoma codifica aproximadament el 10 % de les proteïnes mitocondrials; la resta s'importen del citosol a partir del genoma nuclear. COMPROVA-HO 2 Quina molècula lipídica confereix a la membrana mitocondrial interna la seva estricta impermeabilitat?

Digestió, emmagatzematge i mobilització de nutrients La generació d'ATP depèn del processament previ de les macromolècules ingerides a la dieta: ERROR FREQÜENT Confondre la funció energètica del teixit adipós: l'adipòcit no emmagatzema triacilglicèrids per consumir-los ell mateix, sinó per alliberar àcids grassos a la circulació sanguínia perquè altres teixits els facin servir com a combustible mitocondrial. O 2 Digestió intestinal: enzims segregats pel pàncrees i enzims de la zona apical de l'epiteli intestinal degraden els polisacàrids a monosacàrids, els lípids a àcids grassos i les proteïnes a aminoàcids.

1 Absorció i transport sanguini: aquests nutrients creuen les cèl·lules intestinals per la zona basal i passen a la sang per arribar a tots els teixits de l'organisme. 2 Emmagatzematge al citosol: la glucosa s'emmagatzema en forma de grànuls de glucogen (principalment al fetge i al teixit muscular), mentre que els àcids grassos es condensen com a triacilglicèrids al teixit adipós. 3 Ordre d'utilització metabòlica: la cèl·lula empra primer les seves reserves pròpies de glucogen. Quan s'esgoten, mobilitza el glucogen hepàtic i, posteriorment, utilitza els lípids emmagatzemats al teixit adipós. Els triacilglicèrids s'escindeixen en tres àcids grassos que s'alliberen cap a les cèl·lules diana.

4 Els mitocondris i el metabolisme energètic: Apunts de Biologia 3 ESQUEMA Compartimentació i components del mitocondri IDEES CLAU El catabolisme aeròbic produeix fins a 15 vegades més ATP a partir del piruvat que la simple via anaeròbica. La membrana externa és permeable gràcies a porines en barril beta, mentre que la interna és impermeable per la cardiolipina. La matriu té un pH marcadament bàsic, ADN circular propi (5-10 còpies) i maquinària traduccional. Les reserves corporals de glucogen s'esgoten abans que l'organisme mobilitzi els greixos del teixit adipós. COMPROVA EL QUE HAS APRÈS 3.

Per quina raó la cèl·lula recorre a la fermentació quan falta oxigen si el rendiment en ATP és molt inferior? 4. Quina diferència genètica fonamental presenta el mitocondri respecte a la resta d'orgànuls citoplasmàtics? Test Encercla la resposta correcta. Les solucions són al final. 5. Quina proteïna de membrana permet el pas de soluts a la membrana mitocondrial externa?

Membrana externa Permeable per porines en barril Espai intermembrana Composició similar al citosol Membrana interna Impermeable, cardiolipina i 75 % proteïnes Matriu mitocondrial pH bàsic, ADN circular, enzims i ribosomes Citocrom c a) Porina b) Cardiolipina c) ATP sintetasa d) Els mitocondris i el metabolisme energètic: Apunts de Biologia 4 6. Quina proporció aproximada de proteïnes conté la membrana mitocondrial interna? 7. Quin és el destí inicial prioritari de reserva que es consumeix abans de mobilitzar el teixit adipós? 8. Quant augmenta aproximadament el rendiment d'ATP en condicions aeròbiques respecte a la fermentació?

2 Oxidació de metabòlits i cadena respiratòria EN ACABAR SABRÀS Comprendre la relació entre el potencial redox i la direcció del transport electrònic. Descriure com es genera el gradient electroquímic de protons a través de la membrana interna. PENSA-HI ABANS DE LLEGIR 9 Com aconsegueix la cèl·lula emmagatzemar l'energia continguda en els electrons procedents dels nutrients? Oxidació de substrats a la matriu mitocondrial L'obtenció d'energia mitocondrial s'articula en tres fases consecutives: oxidació de metabòlits a la matriu, transport electrònic a la membrana interna i fosforilació oxidativa.

A la matriu mitocondrial s'oxiden dos tipus principals de molècules procedents del citosol: Piruvat (3 carbonis): entra a la matriu directament des del citosol. S'oxida un dels seus carbonis alliberant-se com a , mentre que els dos carbonis restants s'uneixen al coenzim A per formar acetil-CoA. Aquest s'oxida completament al cicle de Krebs generant , i . Àcids grassos: s'activen amb coenzim A formant acil-CoA per entrar al mitocondri. A la matriu pateixen la beta-oxidació, un procés cíclic que va escurçant la cadena de dos en dos carbonis, alliberant successives molècules d'acetil-CoA que s'incorporen al cicle de Krebs.

Tant el NADH com el formats són intermediaris que retenen transitòriament els electrons ( ) i protons ( ) cedits pels metabòlits oxidats segons les semireaccions: 25 % proteïnes a) 50 % proteïnes b) 75 % proteïnes c) 90 % proteïnes d) Glucogen hepàtic i cel·lular a) Lactat sanguini b) Proteïnes musculars c) Àcids grassos lliures d) 2 vegades més a) 10 vegades més b) 15 vegades més c) 5 vegades més d) CO 2 2 CO 2 3 NADH 1 FADH 2 FADH 2 e H+ NADH NAD + + H + + 2e Els mitocondris i el metabolisme energètic: Apunts de Biologia 5 Organització i flux d'electrons a la cadena respiratòria La cadena respiratòria es localitza a la membrana mitocondrial interna.

Les seves proteïnes no estan disposades en fila fixa, sinó distribuïdes aleatòriament; el transport ocorre mitjançant col·lisions efectives facilitades per transportadors mòbils més petits: Element de la cadena Mecanisme i mobilitat Funció principal Complex NADH deshidrogenasa Complex integral gran Oxida el NADH i bombeja a l'espai intermembrana Ubiquinona Molècula petita amb difusió lateral Transporta des dels donadors inicials fins al complex següent Complex citocrom Complex integral gran Transfereix electrons i bombeja cap a l'espai intermembrana Citocrom c Proteïna petita mòbil Fa de llançadora d'electrons entre el complex i la citocrom oxidasa Complex citocrom oxidasa Complex integral gran Cedeix els electrons a l' per produir i bombeja Esquema dels complexos proteics i llançadores a la membrana interna COMPROVA-HO 10 Quin és el paper clau de la ubiquinona i el citocrom c a la cadena de transport?

FADH 2 FAD + 2H + + 2e H+ e b-c 1 H+ b-c 1 O 2 H O 2 H+ Els mitocondris i el metabolisme energètic: Apunts de Biologia 6 Potencial redox i generació del gradient electroquímic El flux electrònic segueix un sentit termodinàmic obligat: els electrons es desplacen espontàniament des de potencials redox baixos (negatius) cap a potencials redox alts (positius), és a dir, cap a molècules amb major afinitat electrònica. El donador inicial amb potencial més negatiu és el NADH, seguit del , mentre que l' és l'acceptor terminal amb el potencial redox més alt. Gràfica del potencial redox i l'energia lliure del flux electrònic Aquest descens de potencial redox és una reacció exergònica.

L'energia alliberada es transmet als complexos transportadors per bombejar protons en contra de gradient electroquímic, des de la matriu cap a l'espai intermembrana. Aquesta acumulació genera el gradient de protons, una reserva energètica potencial que la cèl·lula aprofitarà per sintetitzar ATP. ERROR FREQÜENT Creure que els electrons es mouen d'afinitats altes a baixes: el flux és sempre des de molècules amb baixa afinitat (potencial redox negatiu) cap a components amb afinitat creixent (potencial redox positiu), acabant a l'oxigen.

FADH 2 O 2 Els mitocondris i el metabolisme energètic: Apunts de Biologia 7 PROCÉS Flux d'electrons i protons a la cadena respiratòria 1 Donadors d'electrons NADH i FADH cedeixen electrons a la cadena 2 Complexos i llançadores Pas per ubiquinona, complexos i citocrom c 3 Bombament de protons Sortida de H cap a l'espai intermembrana 4 Acceptor final L'oxigen recull els electrons i forma aigua IDEES CLAU El piruvat i els àcids grassos es degraden a la matriu fins a acetil-CoA abans d'entrar al cicle de Krebs. El NADH i el FADH emmagatzemen transitòriament el poder reductor obtingut de les oxidacions.

Els electrons flueixen espontàniament des de potencials redox negatius cap a potencials positius. L'energia alliberada al llarg de la cadena impulsa el bombament de protons a l'espai intermembrana. COMPROVA EL QUE HAS APRÈS 11. Com entren els carbonis dels àcids grassos al cicle de Krebs? 12. Per què calen llançadores com la ubiquinona si els complexos principals ja transporten electrons? Test Encercla la resposta correcta. Les solucions són al final. 13. Quin és l'acceptor terminal d'electrons a la cadena de transport mitocondrial? 14. Des de quin compartiment i cap a on es bomregen els protons durant el transport electrònic? 15.

Quin compost es forma quan s'oxida el piruvat abans d'incorporar-se al cicle de Krebs? Coenzim A a) Ubiquinona b) Oxigen molecular (O ) c) Citocrom c d) De la matriu a l'espai intermembrana a) De la matriu directament al citosol b) Del citosol a l'espai intermembrana c) De l'espai intermembrana a la matriu d) Glucogen a) Acetil-CoA b) Lactat c) Cardiolipina d) Els mitocondris i el metabolisme energètic: Apunts de Biologia 8 16. Com varia el potencial redox al llarg dels complexos de la membrana interna? 3 Fosforilació oxidativa i desacoblament energètic EN ACABAR SABRÀS Comprendre el mecanisme rotacional de la subunitat F i F de l'ATP sintetasa.

Diferenciar entre l'acoblament quimiosmòtic estàndard i el desacoblament termogènic. PENSA-HI ABANS DE LLEGIR 17 Com pot un teixit com el greix bru generar calor corporal sense necessitat de tremolar ni moure els músculs? Estructura i catàlisi mecànica de l'ATP sintetasa La fosforilació oxidativa és la síntesi d'ATP impulsada pel retorn dels protons a la matriu a favor del seu gradient electroquímic. Aquest procés el duu a terme el gran complex multiproteic ATP sintetasa, inserit a la membrana mitocondrial interna.

Esquema de la fosforilació oxidativa i l'acoblament de protons Aquest complex consta de dues porcions associades funcionalment: Disminueix gradualment fins a valors molt negatius a) Es manté constant a 0 mV durant tot el procés b) Augmenta progressivament cap a valors més positius c) Oscil·la a l'atzar entre cada xoc de molècules d) Els mitocondris i el metabolisme energètic: Apunts de Biologia 9 Subunitat : canal transmembrana ancorat a la membrana interna amb capacitat transportadora de protons. Subunitat : cap esfèric amb activitat enzimàtica orientat cap a la matriu mitocondrial.

Conté subunitats catalítiques amb tres conformacions: una unida a ADP, una altra a fosfat inorgànic ( ) i una d'oberta o buida. Diagrama estructural i rotació mecànica de l'ATP sintetasa El mecanisme funciona per acoblament mecanoquímic: en travessar la subunitat , el flux de protons genera una rotació física del braç central. Aquest moviment rotatori dins de la subunitat força la unió de l'ADP i el fosfat inorgànic, vencent la repulsió electroquímica de les càrregues negatives per catalitzar l'enllaç covalent. COMPROVA-HO 18 Quina relació funcional existeix entre les porcions F i F de l'ATP sintetasa?

Competència pel gradient de protons Quan la concentració d'ATP a la cèl·lula és molt alta, s'alenteix l'oxidació de metabòlits; si el gradient és baix, s'estimula l'activitat catabòlica. Tanmateix, l'ATP sintetasa no és l'únic consumidor del gradient de protons. Diverses proteïnes de transport acoblat aprofiten la reentrada de protons a la matriu per introduir metabòlits essencials com ara el piruvat, el fosfat inorgànic i l'ADP. Tots els protons que tornen a la matriu mitjançant aquests transportadors secundaris redueixen la disponibilitat neta per produir ATP.

F 0 F 1 P i F 0 F 1 Els mitocondris i el metabolisme energètic: Apunts de Biologia 10 Desacoblament químic i fisiològic: termogènesi El desacoblament trenca la relació obligada entre el transport electrònic i la producció d'ATP: la cadena continua bombejant protons, però aquests tornen a la matriu sense passar per la subunitat , de manera que l'energia potencial es dissipa en forma de calor. Esquema del desacoblament mitocondrial i producció de calor Mecanisme Agent causal Conseqüència biològica Desacoblament artificial DNP (dinitrofenol) S'introdueix a la MMI i dissipa el gradient; la cèl·lula sobreoxida metabòlits provocant pèrdua de pes i hipertermia.

Desacoblament natural Termogenina (UCP) Proteïna que actua com a sense ; dissipa l'energia mecànica directament en calor. El desacoblament fisiològic té lloc al teixit adipós bru (greix marró), ric en mitocondris especialitzats. És crucial en nounats per compensar la seva gran relació superfície-volum, i en adults es manté o s'activa quan hi ha exposició continuada a baixes temperatures. ERROR FREQÜENT Pensar que el dinitrofenol (DNP) frena la respiració cel·lular: el transport d'electrons i l'oxidació de metabòlits s'acceleren al màxim intentant recuperar un gradient que el desacoblador destrueix contínuament en alliberar calor.

F 1 F 0 F 1 Els mitocondris i el metabolisme energètic: Apunts de Biologia 11 CAUSES I CONSEQÜÈNCIES Fuita de protons per la MMI El desacoblador permet el pas directe de H Desacoblament mitocondrial pel DNP Pèrdua de síntesi d'ATP Els protons no passen per la subunitat F Producció de calor i aprimament Oxidació màxima de lípids i hipertermia IDEES CLAU L'ATP sintetasa utilitza el retorn de protons per generar energia mecànica de rotació a la subunitat F . La subunitat catalítica F orientada a la matriu sintetitza ATP unint ADP i fosfat inorgànic. Altres transportadors de nutrients competeixen directament amb l'ATP sintetasa pel gradient de protons.

El desacoblament provocat pel DNP o per la termogenina dissipa el gradient en calor en lloc d'ATP. COMPROVA EL QUE HAS APRÈS 19. Què succeeix amb el consum de reserves energètiques quan una cèl·lula es troba exposada al DNP? 20. Per què els nounats presenten una gran quantitat de teixit adipós bru amb termogenina? Test Encercla la resposta correcta. Les solucions són al final. 21. Cap a on apunta la subunitat F de l'ATP sintetasa? 22. Com actua la termogenina (UCP) en el teixit adipós bru?

Cap a l'espai intermembrana a) Cap a la matriu mitocondrial b) Cap a l'exterior del mitocondri c) Encastada completament als lípids d) Bloqueja la beta-oxidació d'àcids grassos a) Frena per complet la cadena respiratòria b) Retorna protons generant calor sense produir ATP c) Multiplica la síntesi mitocondrial d'ATP d) Els mitocondris i el metabolisme energètic: Apunts de Biologia 12 23. Quin tipus de transportadors competeixen amb l'ATP sintetasa pel gradient? 24. Què provoca l'administració de dinitrofenol (DNP) a nivell metabòlic? 4 Metabolisme muscular aeròbic i anaeròbic EN ACABAR SABRÀS Comparar les característiques morfològiques i funcionals de les fibres musculars clares i fosques.

Descriure el paper de la fermentació làctica en la regeneració de coenzims oxidats. PENSA-HI ABANS DE LLEGIR 25 Per què un atleta d'esprint ràpid no pot mantenir la seva velocitat màxima durant més de mig minut? Tipus de fibres musculars i adaptació metabòlica El teixit muscular conté dos tipus principals de fibres que responen de manera diferenciada a la demanda d'exercici físic.

La disponibilitat inicial d'ATP cel·lular només permet cobrir activitats musculars durant uns 15 segons; a partir d'aquí, la fibra ha de regenerar l'ATP consumit: Característica Cèl·lules o fibres clares Cèl·lules o fibres fosques Velocitat de contracció Ràpida i amb gran força inicial Lenta i sostinguda Durada de l'esforç Molt curta (s'esgota de seguida) Llarga durada Nombre de mitocondris Pocs mitocondris Molt rics en mitocondris Via predominant Fermentació làctica anaeròbica Respiració aeròbica mitocondrial Canals passius d'oxigen molecular a) Transportadors d'electrons com el citocrom c b) Porines de membrana externa c) Transportadors acoblats de nutrients com el piruvat i el Pi d) Descens brusc de la temperatura corporal a) Inhibició total del consum d'oxigen b) Acúmul massiu de glucogen hepàtic c) Pèrdua de pes i augment de temperatura corporal d) Els mitocondris i el metabolisme energètic: Apunts de Biologia 13 Característica Cèl·lules o fibres clares Cèl·lules o fibres fosques Eficiència i combustible Metabolisme molt ràpid basat en glucosa Obtenció més lenta però molt eficient; usa lípids Exemples d'exercici Esprints curts, aixecament de peses, gimnàs Esforços continus suaus o moderats COMPROVA-HO 26 Per quina raó les fibres clares s'esgoten ràpidament durant l'exercici intens?

La fermentació a les fibres clares Durant un esforç explosiu a les fibres clares, el ritme imposat supera la capacitat d'aportació d'oxigen. En aquest context, la fermentació làctica permet reduir el piruvat a lactat mitjançant la deshidrogenació del NADH, regenerant el citosòlic necessari per mantenir activa la glucòlisi: Reacció de glucòlisi i fermentació làctica amb regeneració de NAD+ Distribució muscular i plasticitat La presència d'un tipus o un altre de fibra muscular depèn tant de la seva localització anatòmica com d'adaptacions individuals: Musculatura de l'esquena: predominantment fosca, especialitzada a sostenir la postura de manera constant i continuada en el temps.

Musculatura de les cames: la seva composició és mixta i altament variable; depèn directament del règim d'entrenament físic realitzat i de factors genètics individuals. NAD+ Els mitocondris i el metabolisme energètic: Apunts de Biologia 14 ERROR FREQÜENT Confondre el combustible de les fibres fosques: durant esforços perllongats, aquestes fibres no es limiten a la glucosa; un cop esgotada, passen a oxidar de forma predominant els àcids grassos gràcies a la seva alta densitat de mitocondris. ESQUEMA Tipus de fibres musculars i vies metabòliques IDEES CLAU Les reserves basals d'ATP muscular només cobreixen uns 15 segons de contracció activa.

Les fibres clares funcionen anaeròbicament amb glucosa i són per a exercicis intensos i curts. Les fibres fosques tenen alta densitat de mitocondris, sostenen esforços llargs i utilitzen lípids. La musculatura postural és principalment fosca, mentre que la de les extremitats varia segons l'entrenament i la genètica. COMPROVA EL QUE HAS APRÈS 27. Quant de temps d'esforç pot mantenir el múscul amb el seu ATP disponible abans de necessitar noves rutes metabòliques? 28. Què passa a les fibres fosques un cop s'exhaureix tota la glucosa disponible? Test Encercla la resposta correcta. Les solucions són al final. 29. Quina característica és pròpia de les cèl·lules musculars fosques?

Fibres clares Contracció ràpida, fermentació, pocs mitocondris Esforç anaeròbic Esprints i peses basats en glucosa Fibres fosques Contracció sostinguda, respiració aeròbica, molts mitocondris Esforç aeròbic Manteniment postural i oxidació de lípids Dependència exclusiva de fermentació a) Contracció lenta i abundants mitocondris b) Incapacitat d'oxidar lípids c) Absència total de mitocondris d) Els mitocondris i el metabolisme energètic: Apunts de Biologia 15 30. Quin exercici recluta majoritàriament les fibres musculars clares? 31. Per què el piruvat es converteix en lactat a les cèl·lules clares? 32. Quin múscul del cos conté predominantment musculatura de tipus fosc?

5 Resum per repassar Compartiments i membranes mitocondrials Concepte Definició i funció clau Membrana externa (MME) Molt permeable per la presència de porines amb estructura de barril beta. Membrana interna (MMI) Molt impermeable gràcies a la cardiolipina; conté un 75 % de proteïnes (complexos respiratoris i ATP sintetasa). Espai intermembrana Compartiment amb una composició de soluts pràcticament idèntica a la del citosol. Matriu mitocondrial Espai amb pH bàsic, pocs protons, enzims del cicle de Krebs i beta-oxidació, i entre 5 i 10 còpies d'ADN circular.

Oxidació de metabòlits i cadena respiratòria Concepte Definició i funció clau Oxidació del piruvat El piruvat citosòlic entra a la matriu, perd un CO i s'uneix al coenzim A formant acetil-CoA. Beta-oxidació Procés cíclic a la matriu que escurça els acil-CoA de dos en dos carbonis generant acetil-CoA. Flux d'electrons Pas espontani d'electrons des de potencials redox baixos/negatius (NADH, FADH ) cap a potencials alts/positius (O ).

Cursa suau de resistència a) Marxa moderada durant hores b) Aixecament de peses i esprints c) Manteniment de la postura d'esquena d) Per sintetitzar noves porines a) Per alliberar diòxid de carboni b) Per regenerar el coenzim NAD+ c) Per transportar àcids grassos d) Fibres motores manuals a) Fibres d'esprint del turmell b) Musculatura de l'esquena c) Músculsoculars ràpids d) Els mitocondris i el metabolisme energètic: Apunts de Biologia 16 Concepte Definició i funció clau Gradient electroquímic Acumulació de protons a l'espai intermembrana impulsada per l'energia alliberada a la cadena respiratòria.

Llançadores mòbils Ubiquinona i citocrom c, molècules petites que connecten els grans complexos estàtics mitjançant difusió lateral. Fosforilació oxidativa i termogènesi Concepte Definició i funció clau Subunitat F Canal transmembrana a la MMI que rota mecànicament amb el retorn de protons a favor de gradient. Subunitat F Part catalítica orientada a la matriu que sintetitza ATP unint ADP i fosfat inorgànic impulsada per la rotació de F . Transport acoblat Transportadors de piruvat, ADP o Pi que competeixen amb l'ATP sintetasa pel gradient de protons. DNP (dinitrofenol) Desacoblador químic que dissipa el gradient de protons a la MMI, causant pèrdua de pes i hipertermia.

Termogenina (UCP) Proteïna desacobladora fisiològica del teixit adipós bru que dissipa el gradient en forma de calor. Metabolisme muscular durant l'exercici Concepte Definició i funció clau ATP basal muscular Reserva energètica immediata que només cobreix els primers 15 segons d'activitat física intensa. Fibres musculars clares Contracció ràpida i potent, pocs mitocondris; usen glucòlisi i fermentació làctica per a esforços curts. Fibres musculars fosques Contracció lenta i sostinguda, riques en mitocondris; fan respiració aeròbica i oxiden glucosa i àcids grassos. Fermentació làctica Reducció de piruvat a lactat per regenerar el NAD necessari per mantenir activa la glucòlisi anaeròbica.

Els mitocondris i el metabolisme energètic: Apunts de Biologia 17 Solucions de les preguntes de repàs 1. Perquè l'oxigen permet oxidar completament els carbonis fins a diòxid de carboni a la matriu mitocondrial, extraient molts més electrons per produir ATP. 2. La cardiolipina, un lípid especialitzat que redueix dràsticament la permeabilitat i limita el pas lliure de soluts a través de la MMI. 3. Perquè necessita oxidar urgentment el NADH per recuperar lliure, imprescindible per continuar la glucòlisi citosòlica. 4. Disposa d'ADN propi circular bicatenari (en 5-10 còpies) i maquinària de síntesi proteica, tot i que el 90 % de les seves proteïnes depenen de gens nuclears. 5. b) Porina.

Les porines formen barrils beta amb porus que permeten la difusió de soluts a la membrana externa. 6. c) 75 % proteïnes. La membrana mitocondrial interna conté un 75 % de proteïnes i un 25 % de lípids per la gran quantitat de complexos. 7. a) Glucogen hepàtic i cel·lular. La cèl·lula exhaureix primer el seu propi glucogen i el del fetge abans de mobilitzar la grassa adiposa. 8. c) 15 vegades més. La respiració aeròbica completa produeix al voltant de 15 vegades més ATP que la combinació de glucòlisi i fermentació. 9. Acoblant el pas espontani dels electrons a través dels complexos amb el bombament de protons, creant un gradient electroquímic a través de la membrana interna. 10.

Són molècules petites amb llibertat de moviment que fan de llançadores d'electrons xocant entre els tres grans complexos estàtics. 11. Es degraden mitjançant la beta-oxidació alliberant fragments de dos carbonis en forma d'acetil-CoA. 12. Perquè els grans complexos tenen poca difusió lateral; la ubiquinona es desplaça ràpidament per connectar-los mitjançant col·lisions. 13. c) Oxigen molecular (O ). L'O té el potencial redox més positiu i rep els electrons finals per formar aigua. 14. a) De la matriu a l'espai intermembrana. Els complexos expulsen H des de la matriu mitocondrial cap a l'espai intermembrana. 15. b) Acetil-CoA.

El piruvat perd un carboni com a CO i s'uneix al coenzim A formant acetil-CoA. 16. c) Augmenta progressivament cap a valors més positius. El potencial redox és creixent: passa de valors negatius (NADH) a molt positius (oxigen). 17. Permetent que els protons acumulats tornin a la matriu sense sintetitzar ATP, convertint directament l'energia del gradient en calor mitjançant la proteïna termogenina. 18. La subunitat F aprofita el pas de protons per rotar mecànicament, i aquesta rotació indueix canvis estructurals a F per sintetitzar ATP a partir d'ADP i fosfat. 19. S'accelera intensament l'oxidació de nutrients perquè la cèl·lula intenta sense èxit restablir el gradient electroquímic perdut.

20. Perquè perden calor ràpidament per la seva elevada relació superfície-volum i necessiten la termogènesi mitocondrial per mantenir la temperatura corporal. NAD+ Els mitocondris i el metabolisme energètic: Apunts de Biologia 18 21. b) Cap a la matriu mitocondrial. La porció enzimàtica F sobresurt cap a la matriu mitocondrial, on allibera l'ATP. 22. c) Retorna protons generant calor sense produir ATP. La termogenina actua com un canal F que dissipa el gradient de protons exclusivament com a calor. 23. d) Transportadors acoblats de nutrients com el piruvat i el Pi. Entrades com les del piruvat o el fosfat inorgànic aprofiten el pas de protons i en redueixen la quota per a l'ATP. 24.

d) Pèrdua de pes i augment de temperatura corporal. El DNP dissipa el gradient en calor, provocant sobreoxidació de greixos (aprimament) i hipertermia. 25. Perquè les seves fibres clares gasten l'ATP ràpidament i depenen de la glucòlisi anaeròbica, que esgota de seguida les reserves de glucosa. 26. Perquè depenen del consum accelerat de glucosa mitjançant fermentació ràpida, exhaurint les reserves locals en un breu període de temps. 27. Aproximadament uns 15 segons; després necessita produir ATP ràpidament per fermentació o respiració mitocondrial. 28. Passen a degradar àcids grassos procedents de reserves lipídiques mitjançant beta-oxidació i respiració aeròbica. 29.

b) Contracció lenta i abundants mitocondris. Les fibres fosques tenen molts mitocondris i estan dissenyades per a una contracció lenta i sostinguda. 30. c) Aixecament de peses i esprints. Els exercicis ràpids, curts i de molta força com aixecar peses depenen de fibres clares anaeròbiques. 31. c) Per regenerar el coenzim NAD+. La conversió a lactat oxida el NADH a NAD+, assegurant la continuïtat de la glucòlisi anaeròbica. 32. c) Musculatura de l'esquena. La musculatura de l'esquena és fosca per resistir l'esforç continuat de sustentació corporal. Els mitocondris i el metabolisme energètic: Apunts de Biologia 19