Bioquímica i Metabolisme Humà: Apunts d'Infermeria

I 0 flashcards i 7 preguntes més al document.

Text del document

APUNTS NUTRICIÓ, METABOLISME I BIOQUÍMICA Grau en Infermeria Universitat de Girona AprenAI 2026-2027 Apunts de bioquímica per a infermeria: aigua i pH, minerals, glúcids, lípids, proteïnes, bioenergètica cel·lular i rutes metabòliques integrades. APREN.AI Índex 1 Bases químiques i bioenergètica cel·lular 1. Fonaments químics: el carboni i les forces intermoleculars 2. Organització cel·lular i compartimentació del mitocondri 3. Bioenergètica: flux energètic cel·lular i reaccions redox 4. Catabolisme versus anabolisme 5.

La moneda energètica (ATP) i els transportadors de poder reductor 2 L'aigua i els minerals en la fisiologia humana L'aigua com a solvent biològic i la seva estructura molecular Solubilitat, substàncies amfipàtiques i efecte hidrofòbic Distribució anatòmica i balanç hídric diari Osmosi, pressió osmòtica i tonicitat dels medis Regulació del pH i el sistema tampó bicarbonat Classificació i funció dels minerals en la fisiologia humana 3 Estructura i classificació dels glúcids 1. Naturalesa química i funcions generals 2. Monosacàrids: estereoisomeria i ciclació 3. Enllaç o-glicosídic i disacàrids 4.

Polisacàrids de reserva: estructura i distribució del glucogen 4 Metabolisme dels carbohidrats Digestió de glúcids i destí cel·lular de la glucosa Glucòlisi: etapes citoplasmàtiques i rendiment energètic Destí aeròbic: descarboxilació oxidativa i cicle de Krebs Fosforilació oxidativa i ATP sintasa Vies anaeròbiques: fermentació làctica i fermentació alcohòlica Gluconeogènesi: síntesi de glucosa a partir de precursors Metabolisme del glucogen i regulació hormonal 5 Estructura i classificació dels lípids Àcids grassos: estructura, isomería i propietats físiques Triglicèrids: dipòsits de reserva cel·lular Fosfolípids i autoacoblament amfipàtic Esfingolípids, esterols i ceres 6 Metabolisme i transport dels lípids Lipòlisi: mobilització de reserves des de l'adipòcit Beta-oxidació dels àcids grassos a la matriu mitocondrial Biosíntesi d'àcids grassos i llançadora de citrat Bioquímica i Metabolisme Humà: Apunts d'Infermeria 1 Síntesi de triglicèrids en fetge i teixit adipós Regulació del metabolisme segons l'estat nutricional: sacietat vs.

dejuni Cetogènesi i utilització perifèrica dels cossos cetònics Lipoproteïnes de transport plasmàtic 7 Estructura i degradació de proteïnes i aminoàcids Estructura química i propietats àcid-base dels aminoàcids L'enllaç peptídic i nivells d'organització estructural de les proteïnes Degradació d'aminoàcids: transaminació, desaminació i transport de nitrogen El cicle de la urea 8 Resum per repassar 1. Bioenergètica i principis químics 2. Aigua, equilibri àcid-base i minerals 3. Glúcids i rutes catabòliques centrals 4. Lípids, beta-oxidació i cetogènesi 5. Proteïnes i metabolisme nitrogenat 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. Bioquímica i Metabolisme Humà: Apunts d'Infermeria 2 1 Bases químiques i bioenergètica cel·lular EN ACABAR SABRÀS Distingir el paper dels enllaços covalents i no covalents en les estructures biològiques. Comparar el catabolisme i l'anabolisme en funció dels fluxos d'energia i reaccions redox. Explicar el funcionament de l'ATP, el NAD i el FAD com a transportadors cel·lulars d'energia i electrons. PENSA-HI ABANS DE LLEGIR 1 Per què el nostre organisme necessita convertir els aliments que ingerim en molècules petites com l'ATP en lloc d'utilitzar directament l'energia del menjar?

La bioquímica descriu la lògica molecular dels éssers vius. La matèria orgànica es construeix a partir d'estructures de carboni que emmagatzemen i transfereixen energia mitjançant reaccions metabòliques integrades. ESQUEMA Bioquímica i Metabolisme 1. Fonaments químics: el carboni i les forces intermoleculars La matèria orgànica conté el carboni com a element central, combinat principalment amb hidrogen i oxigen. El carboni té un nombre màssic baix i una valència 4, fet que li permet compartir quatre electrons per formar cadenes complexes, ramificades i estructures estables.

Dins dels sistemes biològics conviuen dos tipus bàsics d'unions químiques: Bases químiques i bioenergètica Carboni, cèl·lula, ATP i coenzims Aigua i minerals Propietats i homeòstasi de l'aigua Metabolisme dels glúcids Glucosa, glicogen i rutes centrals Metabolisme dels lípids Àcids grassos i transport lipídic Proteïnes i aminoàcids Estructura peptídica i degradació Bioquímica i Metabolisme Humà: Apunts d'Infermeria 3 Enllaços covalents: uneixen àtoms mitjançant la compartició d'electrons. Són molt resistents i requereixen una gran quantitat d'energia per trencar-se. Constitueixen l'esquelet covalent bàsic de les biomolècules.

Enllaços no covalents: interaccions més febles que s'estableixen i es trenquen amb poca despesa energètica (per a la polaritat, els ponts d'hidrogen i l'efecte hidrofòbic, vegeu «L'aigua i els minerals en la fisiologia humana»). Permeten el reconeixement molecular transitori essencial per a senyals cel·lulars, com la unió entre hormones i receptors o entre antígens i anticossos. Les biomolècules complexes són sovint polímers formats per la unió repetida d'unitats bàsiques anomenades monòmers. Les cèl·lules no poden absorbir macromolècules polimèriques de forma directa; primer han de trencar-les en els seus monòmers constituents per digestió.

Un cop absorbits els monòmers, la cèl·lula pot degradar-los per obtenir energia o reconstruir nous polímers funcionals. EXEMPLE Durant el metabolisme, les proteïnes s'hidrolitzen en aminoàcids individuals que creuen les membranes; posteriorment, aquests aminoàcids s'utilitzen per sintetitzar noves cadenes polipeptídiques específiques o com a precursors metabòlics. COMPROVA-HO 2 Per quina raó els sistemes de comunicació com les hormones utilitzen enllaços no covalents en lloc de covalents? 2. Organització cel·lular i compartimentació del mitocondri Les transformacions bioquímiques ocorren a l'interior cel·lular, ja sigui al citosol o dins d'orgànuls especialitzats.

Els hepatòcits (cèl·lules hepàtiques) posseeixen un paper metabòlic central gràcies a la seva densitat d'orgànuls i la seva alta capacitat de processament de nutrients. Bioquímica i Metabolisme Humà: Apunts d'Infermeria 4 Diagrama de l'organització interna i orgànuls de la cèl·lula eucariota. El mitocondri prové evolutivament de la incorporació d'un antic bacteri procariota per endosimbiosi en una cèl·lula eucariota primitiva. Presenta dos compartiments funcionals clau: Matriu mitocondrial: espai intern delimitat per la membrana interna on tenen lloc vies enzimàtiques fonamentals com les etapes del catabolisme oxidatiu.

Membrana mitocondrial interna i externa: la membrana interna acull els complexos de transport d'electrons, generant el gradient necessari per sintetitzar la moneda energètica cel·lular. 3. Bioenergètica: flux energètic cel·lular i reaccions redox La matèria i l'energia de la biosfera són finites i estan sotmeses a canvis continus. Els organismes autòtrofs fixen el diòxid de carboni i l'aigua mitjançant la fotosíntesi. En canvi, els animals som organismes heteròtrofs: no podem utilitzar l'energia solar de forma directa i obtenim energia química a partir de les molècules orgàniques ingerides per mantenir el metabolisme i la temperatura corporal.

La unitat quantitativa bàsica de l'energia biològica és la caloria o el joule. Per conveni, 1 kcal equival a 4,18 kJ. L'energia continguda en un nutrient depèn directament del seu grau d'hidrogenació i de la quantitat d'enllaços covalents rics en hidrogen disponibles per ser degradats. El metabolisme mobilitza aquesta energia mitjançant reaccions redox (oxidació-reducció): Oxidació: consisteix en la pèrdua d'àtoms d'hidrogen (deshidrogenació) i electrons. Els nutrients es van «cremant» oxidativament per extreure'n energia. Reducció: consisteix en el guany d'àtoms d'hidrogen (hidrogenació) i electrons per part d'un acceptor.

Bioquímica i Metabolisme Humà: Apunts d'Infermeria 5 Els productes finals que no es poden oxidar més, com el diòxid de carboni ( ) i l'aigua ( ), representen molècules energèticament pobres. ERROR FREQÜENT Confondre l'oxidació cel·lular amb l'addició estricta d'oxigen. En les vies metabòliques, l'oxidació es reconeix fonamentalment com la sostracció d'àtoms d'hidrogen d'un substrat orgànic, mentre que la reducció equival a la incorporació d'hidrogens. COMPROVA-HO 3 Quina relació hi ha entre el nombre d'hidrogens d'una biomolècula i el seu rendiment energètic? 4.

Catabolisme versus anabolisme El metabolisme es divideix en dues branques acoblades funcionalment pel flux energètic: Esquema del flux d'energia entre el catabolisme i l'anabolisme.

Característica Catabolisme Anabolisme Objectiu funcional Degradació i oxidació de molècules complexes Síntesi i reducció de noves molècules complexes CO 2 H O 2 Bioquímica i Metabolisme Humà: Apunts d'Infermeria 6 Característica Catabolisme Anabolisme Estat dels substrats Macromolècules riques en energia (glúcids, lípids, proteïnes) Precursors simples (aminoàcids, sucres simples) Balanç d'energia Allibera energia química (produeix ATP i poder reductor) Consumeix energia química (gasta ATP i poder reductor) Productes finals Substàncies petites i pobres en energia ( , , ) Macromolècules emmagatzemades o estructurals CICLE Cicle energètic de l'ATP 1.

ATP cel·lular: Estat ric en energia química 2. Hidròlisi a ADP: Allibera 7.300 cal/mol 3. Treball cel·lular: Biosíntesi, contracció i transport 4. Fosforilació catabòlica: L'energia dels nutrients regenera l'ATP 5. La moneda energètica (ATP) i els transportadors de poder reductor L'adenosina trifosfat (ATP) és la moneda d'intercanvi energètic universal de la cèl·lula. Està formada per una base adenina, una ribosa i tres grups ortofosfat enllaçats de manera consecutiva. CO 2 H O 2 NH 3 1 ATP cel·lular 2 Hidròlisi a ADP 3 Treball cel·lular 4 Fosforilació catabòlica Bioquímica i Metabolisme Humà: Apunts d'Infermeria 7 Diagrama de la hidròlisi de l'ATP a ADP i fosfat inorgànic.

La ruptura hidrolítica del seu enllaç fosfoanhídrid terminal transforma l'ATP en adenosina difosfat (ADP) i fosfat inorgànic (Pi), alliberant aproximadament 7.300 cal/mol (7,3 kcal/mol). Aquest alliberament termodinàmic impulsa processos cel·lulars com el treball mecànic, el transport transmembrana i les biosíntesis anabòliques. D'altra banda, les cèl·lules utilitzen coenzims nucleotídics per transportar els electrons i àtoms d'hidrogen alliberats durant el catabolisme: / NADH: el dinucleòtid de nicotinamida i adenina en estat oxidat ( ) accepta dos electrons i un protó (equivalent a un ió hidrur) per reduir-se a NADH, alliberant un protó al medi ( ).

FAD / : el dinucleòtid de flavina i adenina s'associa a dobles enllaços, acceptant dos àtoms d'hidrogen complets per passar a la seva forma reduïda ( ). En condicions aeròbiques normals, els coenzims reduïts cedeixen els seus hidrogens a la cadena respiratòria, on l'oxigen molecular actua com a acceptor terminal. Tanmateix, en condicions anaeròbiques en què no hi ha oxigen suficient, la cèl·lula necessita regenerar el per mantenir activa la via de degradació de la glucosa; en aquest cas, el piruvat accepta directament els hidrogens del NADH i es redueix a lactat. COMPROVA-HO 4 Què passaria amb la glucòlisi anaeròbica si el piruvat no es reduís a lactat?

IDEES CLAU El carboni té valència 4 i estructura la matèria orgànica gràcies a la seva capacitat de formar enllaços covalents estables. La hidròlisi de l'enllaç fosfat de l'ATP allibera 7.300 cal/mol per acoblar-se a reaccions termodinàmicament desfavorables. El catabolisme oxida biomolècules (pèrdua d'H) per produir energia, mentre que l'anabolisme redueix precursors (guany d'H) consumint ATP. Els coenzims i FAD capten àtoms d'hidrogen del catabolisme i transfereixen el seu poder reductor cap a la respiració cel·lular o fermentacions. NAD+ NAD+ H+ FADH 2 FADH 2 NAD+ NAD+ Bioquímica i Metabolisme Humà: Apunts d'Infermeria 8 COMPROVA EL QUE HAS APRÈS 5.

Com es defineixen els processos d'oxidació i reducció en el context dels combustibles metabòlics? 6. Quina funció biològica compleix la transformació de piruvat a lactat en absència d'oxigen? Test Encercla la resposta correcta. Les solucions són al final. 7. Quina equivalència energètica és correcta per a 1 kcal? 8. Quin és el tret funcional propi de l'anabolisme cel·lular? 9. Quina quantitat energètica allibera aproximadament la hidròlisi d'ATP a ADP? 10. Per què el carboni és la base de la química viva davant d'altres àtoms?

0,24 kJ a) 7.300 kJ b) 4,18 kJ c) 1.000 kJ d) Sintetitzar molècules consumint energia i poder reductor a) Degradar polímers fins a compostos inorgànics b) Generar quantitats netes d'ATP mitjançant oxidacions c) Produir CO i aigua com a residus terminals d) 4.180 cal/mol a) 12.000 cal/mol b) 1.000 cal/mol c) 7.300 cal/mol d) Té valència 4 i pes atòmic baix a) Presenta una massa molar extremadament pesant b) Té valència 2 i alta inestabilitat c) Forma exclusivament enllaços no covalents febles d) Bioquímica i Metabolisme Humà: Apunts d'Infermeria 9 2 L'aigua i els minerals en la fisiologia humana EN ACABAR SABRÀS Descriure el caràcter dipolar de l'aigua i com determina la seva funció com a dissolvent biològic.

Calcular i relacionar els canvis en la concentració de protons amb el pH sanguini i el tampó bicarbonat. Preveure el comportament cel·lular davant solucions amb diferents tonicitats osmòtiques. Distingir entre macrominerals i microminerals especificant les seves funcions fisiològiques centrals. PENSA-HI ABANS DE LLEGIR 11 Per què un excés de sal en un menjar provoca immediatament una necessitat fisiològica intensa de beure aigua? L'aigua com a solvent biològic i la seva estructura molecular L'aigua és el compost químic predominant en els éssers vius. En estat líquid és un fluid pràcticament incompressible.

Cada molècula està formada per un àtom d'oxigen unit a dos d'hidrogen mitjançant enllaços covalents (vegeu «Bases químiques i bioenergètica cel·lular»). La distribució de la càrrega electrònica és asimètrica: l'oxigen concentra una electrodensitat negativa parcial, mentre que els hidrògens adquireixen una electrodensitat positiva relativa. Aquesta geometria converteix l'aigua en una molècula dipolar amb una càrrega neta neutra. La naturalesa polar permet que les molècules veïnes interactuïn mitjançant ponts d'hidrogen. Aquestes forces intermoleculars s'estableixen entre el pol negatiu d'una molècula i el pol positiu d'una altra.

En estat líquid, els enllaços d'hidrogen són molt dinàmics: es trenquen i es reorganitzen de manera contínua. En canvi, en estat sòlid (gel), la distància intermolecular fixa una xarxa cristal·lina rígida amb el màxim nombre d'unions estables, cosa que n'augmenta la rigidesa estructural. DEFINICIÓ El pont d'hidrogen és una atracció electroestàtica feble que s'estableix entre la densitat de càrrega positiva d'un hidrogen polaritzat i la densitat negativa de l'oxigen d'una molècula adjacent. Gràcies al seu caràcter dipolar, l'aigua és capaç de dissoldre gran quantitat de soluts polars i iònics.

Quan s'afegeix un cristall de clorur sòdic (NaCl), els pols de l'aigua envolten cadascun dels ions ( i ). Es forma així una esfera d'hidratació que desfa la xarxa cristal·lina sòlida mitjançant la constitució d'una xarxa iònica en solució. COMPROVA-HO 12 Per què l'etanol és completament soluble en aigua mentre que un àcid gras no ho és? Na+ Cl Bioquímica i Metabolisme Humà: Apunts d'Infermeria 10 Solubilitat, substàncies amfipàtiques i efecte hidrofòbic Les substàncies polars (com els sucres o l'etanol) estableixen fàcilment ponts d'hidrogen amb el solvent.

En contrast, les molècules apolars (com els lípids) no presenten càrregues parcials i són incapaces d'interaccionar electroestàticament amb l'aigua. Quan s'introdueixen en un entorn aquós, s'organitzen de manera que queden excloses del contacte directe amb el medi. PER RECORDAR-HO L'efecte hidrofòbic no es produeix per una repulsió activa entre lípids i aigua, sinó per la tendència de l'aigua a maximitzar la seva pròpia entropia alliberant molècules lligades.

En el cas dels compostos amfipàtics, que posseeixen una regió polar hidrofílica i una regió apolar hidrofòbica, les molècules adopten conformacions en què les cues apolars s'amaguen a l'interior i els grups hidròfils contacten amb la fase aquosa. Aquest fenomen, conegut com a efecte hidrofòbic, respon a una necessitat termodinàmica: l'exclusió dels residus apolars redueix les estructures ordenades d'aigua circumdants i augmenta l'entropia del sistema. Distribució anatòmica i balanç hídric diari L'organisme humà no disposa d'un reservori específic per emmagatzemar aigua lliure. Per aquesta raó, requereix un recanvi continu i un control rigorós de les entrades i sortides de líquid.

El contingut hídric total es distribueix en diferents compartiments tissulars: Compartiment orgànic Percentatge d'aigua corporal total Fluid intracel·lular 60 % Fluid intersticial i limfa 20 % Cartílag i teixit connectiu 8 % Plasma sanguini 7 % Lumen del tracte gastrointestinal 1 % Líquid cefaloraquidi 1 % Bilis 1 % Dins dels teixits sòlids, el teixit connectiu i el cartílag presenten una proporció hídrica superior a la de la majoria dels altres teixits estructurals.

El volum total de pèrdues i reposició diària s'equilibra de manera estreta per preservar l'homeòstasi: Fonts d'ingesta Volum (mL/dia) Vies d'eliminació Volum (mL/dia) Begudes i aigua de consum 1.000 Orina 900 - 1.200 Aigua dels aliments sòlids 600 - 800 Suor lleugera 400 Aigua metabòlica interna 200 - 300 Espiració pulmonar 300 Bioquímica i Metabolisme Humà: Apunts d'Infermeria 11 Fonts d'ingesta Volum (mL/dia) Vies d'eliminació Volum (mL/dia) - - Femtes 200 Balanç total diari 1.800 - 2.100 Balanç total diari 1.800 - 2.100 COMPROVA-HO 13 Quina és la fracció corporal que conté la major proporció d'aigua en un adult sa?

Osmosi, pressió osmòtica i tonicitat dels medis La membrana cel·lular és una barrera semipermeable que permet el lliure pas d'aigua però limita el trànsit de soluts. L'osmosi és el procés espontani pel qual l'aigua es desplaça des d'una regió de baixa concentració de soluts cap a una de concentració superior amb l'objectiu d'igualar les concentracions químiques a banda i banda. La pressió mecànica exacta requerida per aturar aquest flux s'anomena pressió osmòtica. En condicions fisiològiques estàndard, la sang humana té una osmolaritat aproximada de 300 mOsm/kg.

Segons la concentració de soluts respecte a aquest valor referencial, el comportament d'una cèl·lula varia dràsticament: Medi isotònic: presenta la mateixa concentració de soluts que el medi cel·lular (300 mOsm/kg). No hi ha flux net d'aigua i la cèl·lula manté el seu volum i forma intactes. Medi hipotònic: té menor osmolaritat que el citoplasma. L'aigua penetra cap a l'interior per diluir els soluts cel·lulars, causant tumefacció i trencament cel·lular (lisi osmòtica). Medi hipertònic: té una osmolaritat superior a la dels fluids corporals. L'aigua abandona la cèl·lula cap a l'exterior, generant crenació o deshidratació cel·lular severa.

Diagrama de la morfologia d'eritròcits en medis isotònics, hipotònics i hipertònics. La ingesta excessiva de sals eleva l'osmolaritat dels fluids extracel·lulars, fet que arrossega l'aigua de l'interior cel·lular i estimula la sensació fisiològica de set com a mecanisme compensador. Bioquímica i Metabolisme Humà: Apunts d'Infermeria 12 Regulació del pH i el sistema tampó bicarbonat El pH és la mesura de la concentració de protons ( ) en un medi aquós segons una escala logarítmica: Un valor de pH 7 representa la neutralitat fisiològica de l'aigua pura, on la concentració de protons equival a la d'ions hidroxil ( ).

Valors inferiors a 7 defineixen un medi àcid, mentre que els superiors a 7 indiquen una solució alcalina o bàsica. L'organisme humà manté habitualment el pH dels seus fluids interns en el rang de 6,5 a 7,5. No obstant això, certs compartiments estan altament especialitzats: l'estómac sosté un pH d'1,5 per permetre la digestió àcida enzimàtica, i els lisosomes també treballen en condicions àcides internes.

Substància Valor típic de pH Àcid clorhídric (1 M HCl) 0 Suc gàstric (estómac) 1,5 Vinagre 3,0 Suc de tomàquet 4,4 Saliva 6,6 Llet 7,0 Aigua pura 7,0 Sang humana 7,4 Aigua de mar 8,0 Amoníac d'ús domèstic 12,0 Hidròxid sòdic (1 M NaOH) 14,0 A la sang humana, el pH es manté estrictament regulat entorn de 7,4 mitjançant el sistema tampó bicarbonat, descrit per l'equilibri químic següent: CAUSES I CONSEQÜÈNCIES Hipoventilació pulmonar Retenció de CO2 en sang per respiració deficient Acumulació d'H2CO3 Desplaçament de l'equilibri cap a la formació d'àcid carbònic Desplaçament del tampó bicarbonat per alteració respiratòria Alliberament de protons Augment de la concentració lliure d'ions H+ Acidosi respiratòria Descens perillós del pH per sota de 7,35 H+ pH = log[H ] + OH H O + 2 CO 2 H CO 2 3 H + + HCO 3 Bioquímica i Metabolisme Humà: Apunts d'Infermeria 13 Segons el principi de Le Châtelier, qualsevol alteració en els nivells de diòxid de carboni generat pel metabolisme tissular desplaça les reaccions: Acidosi respiratòria: si la ventilació pulmonar és deficient, el s'acumula en sang.

L'equilibri es desplaça cap a la dreta, augmentant la formació d'àcid carbònic ( ) i alliberant ions , la qual cosa redueix el pH sanguini. Alcalosi respiratòria: durant una hiperventilació sostinguda o per insuficiència respiratòria, s'elimina ràpidament. L'equilibri bascula cap a l'esquerra per consumir protons, provocant un increment perillós del pH per sobre de 7,45. ERROR FREQÜENT Confondre l'efecte de la retenció de amb una alcalosi. L'acumulació de diòxid de carboni per hipoventilació SEMPRE condueix a una acidosi (desplaçament cap a ), mai a una basificació sanguínia. COMPROVA-HO 14 Què passa amb el pH sanguini d'un pacient que hiperventila descontroladament i per què?

Classificació i funció dels minerals en la fisiologia humana Tot i que els minerals no aporten energia calòrica directa i es troben en proporcions molt inferiors respecte als macronutrients (glúcids, lípids i proteïnes), són imprescindibles per al manteniment de l'homeòstasi cel·lular i les funcions vitals. Es classifiquen segons la seva abundància i requeriments diaris en macrominerals (minerals majors) i microminerals (oligoelements o minerals traça). CO 2 H CO 2 3 H+ CO 2 CO 2 H+ Bioquímica i Metabolisme Humà: Apunts d'Infermeria 14 Taula de classificació dels minerals en macrominerals i microminerals traça essencials.

Macrominerals Són elements que l'organisme necessita en quantitats relativament elevades. Participen en la regulació osmòtica, la transmissió de l'impuls nerviós i la integritat osteoarticular: Sodi ( ): és el principal catió del fluid extracel·lular. És crític per a la conducció dels potencials d'acció, la transmissió nerviosa, la contracció muscular i el balanç osmòtic hídric. La seva carència provoca rampes musculars, hipotensió i vòmits. Potassi ( ): és el catió majoritari del líquid intracel·lular. Regula l'activitat muscular, la sinapsi neuromuscular i el ritme cardíac. La seva deficiència cursa amb rampes, batecs cardíacs irregulars i confusió.

Clorur ( ): principal anió de l'espai extracel·lular. És fonamental per a la producció d'àcid gàstric a l'estómac i per preservar l'equilibri de fluids juntament amb el sodi. Calci ( ): peça fonamental en l'estructura dels ossos i les dents. Intervé de forma decisiva en la cascada de coagulació sanguínia, la contracció de la musculatura cardíaca i esquelètica, i la transmissió de senyals nerviosos. El seu dèficit genera tetània, dolor muscular i osteoporosi en adults. Fòsfor (P): component del mineral ossi i de l'esquelet dels àcids nucleics.

Resulta clau en la bioenergètica cel·lular com a constituent de l'adenosina trifosfat (ATP; vegeu «Bases químiques i bioenergètica cel·lular») i actua en el tamponament àcid-base intern. Magnesi ( ): cofactor indispensable de centenars d'enzims, destacant l'ADN-polimerasa en la duplicació cel·lular i nombrosos processos de transferència d'energia. La seva carència provoca Na+ K+ Cl Ca2+ Mg2+ Bioquímica i Metabolisme Humà: Apunts d'Infermeria 15 espasmes, feblesa muscular, alteracions del ritme cardíac i convulsions.

Sofre (S): forma part d'aminoàcids concrets com la cisteïna i la metionina (vegeu «Estructura i degradació de proteïnes i aminoàcids»), així com de vitamines i rutes hepàtiques de detoxificació. Microminerals o oligoelements Es necessiten en dosis diminutes (típicament mil·ligrams o micrograms al dia), però una manca del seu aportament inhibeix processos vitals clau. Actuen principalment com a cofactors enzímics en rutes catalítiques. Entre ells s'inclouen compostos no metàl·lics (com el iode i el fluor) i metalls de transició (com el zinc, el coure, el manganès i el ferro). Esquema estructural del grup hemo coordinat amb un àtom de ferro central.

El ferro és l'exemple arquetípic de micromineral imprescindible: se situa al centre de l'anell de porfirina del grup hemo de l'hemoglobina i la mioglobina, fent possible la unió coordinada i el transport d'oxigen des dels pulmons fins a tots els teixits metabòlicament actius de l'organisme. Bioquímica i Metabolisme Humà: Apunts d'Infermeria 16 IDEES CLAU L'aigua és un solvent dipolar que s'autoorganitza mitjançant ponts d'hidrogen dinàmics en estat líquid i una xarxa rígida en estat sòlid. L'efecte hidrofòbic agrupa les cadenes apolars en el medi aquós per minimitzar l'ordenament perifèric de l'aigua i maximitzar l'entropia del sistema.

L'organisme humà manté un recanvi d'aigua estricte entre 1.800 i 2.100 mL diaris, amb un 60 % de l'aigua total continguda al fluid intracel·lular. L'osmolaritat fisiològica sanguínia és d'uns 300 mOsm/kg; solucions no isotòniques desencadenen turgència cel·lular amb lisi o deshidratació per crenació. El sistema de tamponament sanguini manté el pH en 7,4 mitjançant l'equilibri , regulat per la respiració pulmonar. Els minerals es divideixen en macrominerals (sodi, potassi, calci o fòsfor) amb funcions estructurals i electroquímiques, i microminerals (com el ferro) que operen com a cofactors essencials. COMPROVA EL QUE HAS APRÈS 15.

Com respon l'equilibri del tampó bicarbonat quan una persona reté diòxid de carboni per hipoventilació? 16. Què succeeix amb un glòbul vermell quan se submergeix en una solució d'osmolaritat inferior a 300 mOsm/kg? Test Encercla la resposta correcta. Les solucions són al final. 17. Quin tipus d'enllaç uneix les molècules d'aigua entre si permetent la seva cohesió en estat líquid? 18. Quina fracció conté el percentatge més alt d'aigua corporal en l'ésser humà? 19. Com varia el pH sanguini durant una hiperventilació sostinguda i com s'anomena aquesta alteració?

H O + 2 CO 2 H CO 2 3 H + + HCO 3 Enllaços peptídics a) Enllaços fosfodièster b) Enllaços covalents apolars c) Ponts d'hidrogen d) Fluid intracel·lular a) Líquid cefaloraquidi b) Fluid intersticial c) Plasma sanguini d) Augmenta, provocant alcalosi respiratòria a) Es manté a 7,0 per lisi cel·lular b) Disminueix, provocant acidosi respiratòria c) Augmenta per retenció de CO2 d) Bioquímica i Metabolisme Humà: Apunts d'Infermeria 17 20. Quin micromineral és el component central del grup hemo encarregat d'unir oxigen a l'hemoglobina?

3 Estructura i classificació dels glúcids EN ACABAR SABRÀS Distingir aldoses i cetoses a partir de la localització del grup carbonil Identificar estereoisòmers en projeccions de Fischer i anòmers en representacions de Haworth Reconèixer els disacàrids comuns segons els seus monosacàrids i el seu enllaç o-glicosídic Diferenciar el paper fisiològic del glucogen muscular respecte a l'hepàtic PENSA-HI ABANS DE LLEGIR 21 Com pot el nostre cos alliberar glucosa ràpidament a la sang si el glucogen és una molècula gegant?

Els glúcids, anomenats també carbohidrats o hidrats de carboni, constitueixen les biomolècules més abundants a la biosfera i funcionen com la font primària de combustible metabòlic cel·lular. ESQUEMA Classificació dels glúcids per polimerització 1. Naturalesa química i funcions generals La fórmula empírica general dels glúcids respon a l'expressió . Aquestes molècules combinen cadenes hidrocarbonades amb dos grups químics característics de la química orgànica: Grup hidroxil ( ): present en la majoria dels carbonis de l'esquelet molecular.

Ferro a) Calci b) Magnesi c) Iode d) Glúcids simples 1 o 2 unitats de sucre Monosacàrids Glucosa, fructosa i galactosa Disacàrids Maltosa, sacarosa i lactosa Glúcids complexos Cadenes de més de 2 unitats Oligosacàrids Entre 3 i 10 unitats Polisacàrids Més de 10 unitats com glucogen o midó (CH O) 2 n OH Bioquímica i Metabolisme Humà: Apunts d'Infermeria 18 Grup carbonil ( ): actua com a centre funcional principal. Segons la seva localització, origina una aldosa si se situa a l'extrem de la cadena (funció aldehid) o una cetosa si s'ubica a l'interior d'aquesta (funció cetona).

A més del seu paper energètic immediat o de reserva, els glúcids desenvolupen funcions estructurals determinants, intervenint en components com l'adenosina i l'esquelet dels àcids nucleics (vegeu «Bases químiques i bioenergètica cel·lular»). CLASSIFICACIÓ GENERAL DELS CARBOHIDRATS Els glúcids es divideixen segons el seu grau de polimerització en: Monosacàrids: monòmers fonamentals formats per una sola unitat de sucre (no hidrolitzables). Disacàrids: unió de dues unitats monosacarídiques mitjançant un enllaç covalent específic. Oligosacàrids: cadenes curtes d'entre 3 i 10 unitats (com la rafinosa, l'estaquiosa o la verbascosa).

Polisacàrids: polímers de mida superior a 10 unitats de sucre, tant amb rol de reserva energètica com estructural. COMPROVA-HO 22 Quina diferència estructural bàsica defineix una aldosa respecte a una cetosa? 2. Monosacàrids: estereoisomeria i ciclació Els monosacàrids reben la seva denominació combinant el tipus de grup funcional, el nombre total de carbonis (trioses, tetroses, pentoses, hexoses) i el sufix -osa. Els principals monosacàrids de rellevància fisiològica són hexoses amb fórmula molecular comuna : la glucosa (una aldohexosa), la galactosa (aldohexosa) i la fructosa (una cetohexosa). Esquema del D-gliceraldehid en projecció de Fischer amb carbonil terminal.

La presència de carbonis asimètrics produeix estereoisòmers, molècules amb la mateixa connectivitat covalent però diferent distribució espacial dels seus àtoms. A les projeccions de Fischer, la disposició del grup hidroxil sobre el penúltim carboni de la cadena determina la pertinença a la sèrie D (hidroxil a la dreta) o a la sèrie L (hidroxil a l'esquerra). Els monosacàrids naturals pertanyen de manera gairebé exclusiva a la sèrie D, a diferència dels aminoàcids que adopten la conformació L (vegeu «Estructura i degradació de proteïnes i aminoàcids»). La glucosa i la galactosa constitueixen estereoisòmers que difereixen en la disposició dels grups al carboni 4.

En dissolució aquosa, les cadenes lineals es tanquen adoptant la projecció de Haworth. En les aldohexoses com la glucosa, l'hidroxil del carboni 5 ataca el carboni 1 aldehídic per constituir un anell de sis vèrtexs. En canvi, en el cas de la fructosa (cetosa), la ciclació es produeix mitjançant la C = O C H O 6 12 6 Bioquímica i Metabolisme Humà: Apunts d'Infermeria 19 interacció entre els carbonis 2 i 5, donant lloc a una forma cíclica pentagonal. El carboni carbonílic implicat en la ciclació esdevé asimètric i s'anomena carboni anomèric, el qual permet definir les formes anomèriques o segons l'orientació del seu grup hidroxil.

ERROR FREQÜENT Confondre la sèrie D/L d'un monosacàrid amb l'anòmer o fa perdre punts. La configuració D o L depèn exclusivament de la posició del grup al carboni quiral més allunyat del carbonil (el penúltim carboni). En canvi, la forma o és el resultat directe de la ciclació i depèn únicament de la posició de l'hidroxil lligat al carboni anomèric. COMPROVA-HO 23 Quins carbonis s'enllacen en la ciclació de la fructosa per donar un anell furanòsic? 3. Enllaç o-glicosídic i disacàrids La condensació de dos monosacàrids té lloc mitjançant un enllaç o-glicosídic, format entre l'hidroxil d'un carboni anomèric i l'hidroxil d'una altra unitat glicídica, amb pèrdua d'una molècula d'aigua.

Estructura molecular de la maltosa amb enllaç alfa(1-4) glicosídic. La geometria espacial d'aquesta unió condiciona la seva reactivitat i el tipus d'enzim capaç d'hidrolitzar-lo: Enllaç alfa ( ): l'oxigen pont presenta una orientació directa i descendent respecte al pla de l'anell anomèric. Enllaç beta ( ): la disposició de l'enllaç adquireix una trajectòria esglaonada o vertical en forma de Z. α β α β OH α β α β Bioquímica i Metabolisme Humà: Apunts d'Infermeria 20 Estructura de la sacarosa amb unió alfa(1-2) glicosídica.

Aquests enllaços configuren els disacàrids fisiològics més rellevants: Disacàrid Monosacàrids components Tipus d'enllaç glicosídic Distribució biològica Maltosa Glucosa + Glucosa Enllaç Producte de degradació de polímers com el midó Lactosa Galactosa + Glucosa Enllaç Sucre característic de la llet en mamífers Sacarosa Glucosa + Fructosa Enllaç Sucre comú de transport i reserva en vegetals COMPROVA-HO 24 Per què la digestió de la maltosa i de la lactosa requereix enzims completament diferents? 4. Polisacàrids de reserva: estructura i distribució del glucogen Els polisacàrids constitueixen polímers d'alta massa molecular.

Mentre que els vegetals emmagatzemen sucres en forma de midó, els teixits animals emmagatzemen l'excedent de glucosa com a glucogen. El glucogen és un homopolímer de residus de glucosa units per enllaços lineals de tipus i punts de ramificació freqüents mitjançant enllaços . Aquesta densa arquitectura ramificada ofereix múltiples extrems lliures no reductors, fet que permet emmagatzemar una gran quantitat de molècules en molt poc espai i facilita la seva addició o alliberament ràpid.

α(1 4) β(1 4) α(1 2) α(1 4) α(1 6) Bioquímica i Metabolisme Humà: Apunts d'Infermeria 21 L'organisme no absorbeix directament el glucogen ingerit amb la dieta: el catabolisme digestiu el degrada completament a monòmers de glucosa. A partir d'aquests monosacàrids, les cèl·lules animals sintetitzen el seu propi glucogen segons les necessitats de cada teixit.

Característica Glucogen hepàtic Glucogen muscular Localització Teixit hepàtic (fetge) Teixit muscular esquelètic Destinació de la glucosa Alliberament a la sang perifèrica Consum intracel·lular directe Objectiu funcional Manteniment de la glucèmia sistèmica en situació de dejuni Aportació ràpida de combustible per a la contracció muscular local COMPROVA-HO 25 Quin destí fisiològic rep la glucosa alliberada del glucogen del teixit hepàtic? IDEES CLAU Els glúcids responen a la fórmula empírica general i es classifiquen en aldoses o cetoses segons la posició del seu grup carbonil. La glucosa, la fructosa i la galactosa comparteixen la fórmula i predominen a la natura en la conformació D.

La ciclació intramolecular crea el carboni anomèric i genera els anòmers i segons l'orientació del seu hidroxil. L'enllaç o-glicosídic uneix monosacàrids: la maltosa ( ), la lactosa ( ) i la sacarosa ( ). El glucogen s'emmagatzema al múscul per al seu consum propi i al fetge com a reserva central per controlar la glucèmia sistèmica. COMPROVA EL QUE HAS APRÈS 26. En què es diferencia la forma anomèrica de la forma en una projecció de Haworth? 27. Quins monosacàrids s'obtenen a partir de la hidròlisi total d'una molècula de sacarosa? 28. Per quina raó el glucogen del teixit muscular no pot regular els nivells plasmàtics de glucosa?

(CH O) 2 n C H O 6 12 6 α β α(1 4) β(1 4) α(1 2) α β Bioquímica i Metabolisme Humà: Apunts d'Infermeria 22 Test Encercla la resposta correcta. Les solucions són al final. 29. Quin criteri químic diferencia una aldosa d'una cetosa? 30. Quina configuració presenten majoritàriament els monosacàrids a la natura? 31. Quin tipus d'unió glicosídica uneix els monòmers de la maltosa? 32. Quina és la funció clau del glucogen hepàtic en l'organisme? 4 Metabolisme dels carbohidrats EN ACABAR SABRÀS Distingir el destí catabòlic del piruvat en condicions aeròbiques i anaeròbiques. Calcular el rendiment energètic net de la glucòlisi i de la respiració cel·lular completa.

Explicar el mecanisme de síntesi d'ATP mitjançant el gradient de protons a l'ATP sintasa. Descriure les funcions metabòliques de la gluconeogènesi i la regulació hormonal del glucogen. PENSA-HI ABANS DE LLEGIR 33 Per què els músculs continuen obtenint energia durant un esprint intens si l'arribada d'oxigen és insuficient?

La presència d'anells de sis vèrtexs a) El nombre total d'oxígens a l'esquelet b) La posició terminal o interna del carbonil c) La direcció de ciclació de Haworth d) Conformació racèmica pura a) Sèrie D b) Sèrie L c) Configuració exclusivament lineal d) Enllaç beta(1-2) a) Enllaç beta(1-4) b) Enllaç alfa(1-2) c) Enllaç alfa(1-4) d) Mantenir la concentració de glucosa plasmàtica a) Generar membranes de doble capa lipídica b) Emmagatzemar àcids grassos essencials c) Aportar energia mecànica a la fibra muscular d) Bioquímica i Metabolisme Humà: Apunts d'Infermeria 23 Digestió de glúcids i destí cel·lular de la glucosa La digestió dels carbohidrats comença a la boca mitjançant les amilases salivars, encarregades de fragmentar el midó en unitats de glucosa.

A nivell intestinal, aquests sucres s'absorbeixen i passen al torrent sanguini cap als teixits perifèrics. Altres glúcids de la dieta com la galactosa i la fructosa també entren en aquestes rutes i proporcionen el mateix rendiment energètic global. Quan la molècula de glucosa penetra al citoplasma, el seu destí depèn de l'estat energètic de la cèl·lula. Si es requereix energia immediata, s'incorpora a la ruta catabòlica mitjançant la glucòlisi. Si els requeriments energètics estan coberts, s'emmagatzema en forma de glucogen mitjançant la glucogènesi. A més, alguns intermediaris glicolítics deriven cap a la via de les pentoses fosfat per sintetitzar components estructurals dels àcids nucleics.

COMPROVA-HO 34 Quins són els dos destins principals de la glucosa en entrar a la cèl·lula segons la demanda energètica? Glucòlisi: etapes citoplasmàtiques i rendiment energètic La glucòlisi és la ruta metabòlica universal present a totes les cèl·lules, desenvolupada íntegrament al citosol. Consta d'una sèrie de reaccions enzimàtiques que transformen una molècula de glucosa de sis carbonis en dues molècules de piruvat de tres carbonis. Esquema de les etapes enzimàtiques de la glucòlisi citoplasmàtica. Durant la fase inicial o d'inversió energètica, es consumeixen per fosforilar la glucosa a glucosa- 6-fosfat i, posteriorment, a fructosa-1,6-bisfosfat.

Aquesta molècula es trenca en dues trioses fosfat: gliceraldehid-3-fosfat i dihidroxiacetona fosfat. En la fase de rendiment, l'oxidació del gliceraldehid-3- fosfat produeix molècules d'alta energia i poder reductor. 2 ATP Glucosa + 2 ADP + 2 P + i 2 NAD + 2 Piruvat + 2 ATP + 2 NADH + 2 H+ Bioquímica i Metabolisme Humà: Apunts d'Infermeria 24 Així doncs, el rendiment net de la glucòlisi és de 2 ATP i 2 NADH per cada molècula de glucosa. Aquest procés és la primera etapa tant de la respiració aeròbica com dels processos fermentatius. COMPROVA-HO 35 Per què la fase de rendiment de la glucòlisi genera quatre ATP si el balanç net final és de només dos?

Destí aeròbic: descarboxilació oxidativa i cicle de Krebs En presència d'oxigen, el piruvat generat al citoplasma travessa les membranes mitocondrials cap a la matriu mitocondrial. Allà experimenta una descarboxilació oxidativa: s'allibera un àtom de carboni en forma de , es produeix NADH i es transfereix el grup restant al coenzim A per formar acetil-CoA. L'acetil-CoA s'introdueix al cicle de Krebs (també conegut com a cicle de l'àcid cítric o dels àcids tricarboxílics) combinant-se inicialment amb l'oxalacetat.

A mesura que es produeixen descarboxilacions successives per alliberar , es retiren electrons i protons que són captats pels coenzims i FAD, formant poder reductor i generant directament una molècula de nucleòtid trifosfat (GTP). PROCÉS Catabolisme aeròbic complet de la glucosa COMPROVA-HO 36 Quina molècula de la matriu mitocondrial s'ha de regenerar de manera continuada perquè el cicle de Krebs no s'aturi? CO 2 CO 2 NAD+ Glucòlisi Degradació citosòlica de glucosa a piruvat amb 2 ATP nets. 1 Descarboxilació oxidativa Transformació del piruvat en acetil-CoA a la matriu mitocondrial. 2 Cicle de Krebs Oxidació completa a CO generant NADH, FADH i GTP.

3 Cadena de transport Pas d'electrons fins a l'oxigen i bombeig de protons. 4 ATP sintasa Aprofitament del gradient de protons per produir 36-38 ATP. 5 Bioquímica i Metabolisme Humà: Apunts d'Infermeria 25 Fosforilació oxidativa i ATP sintasa Els coenzims reduïts (NADH i ) procedents de la glucòlisi, de la descarboxilació del piruvat i del cicle de Krebs cedeixen els seus electrons a la cadena de transport electrònic, situada a la membrana mitocondrial interna. El flux d'electrons a través dels complexos multiproteics bomba protons ( ) des de la matriu cap a l'espai intermembranós, establint un marcat gradient electroquímic.

L'oxigen molecular és l'acceptor terminal d'electrons a la fosforilació oxidativa mitocondrial, el qual es redueix per formar aigua al final de la cadena de transport. Diagrama funcional de l'ATP sintasa i el seu mecanisme de rotació. El retorn dels protons cap a la matriu mitocondrial es duu a terme exclusivament a través de l'ATP sintasa (complex V). Aquest complex multimèric consta d'una fracció mòbil o de rotor immersa a la membrana i una fracció catalítica fixa. El pas dels protons fa girar el rotor, transmetent canvis conformacionals a la part catalítica que permeten unir ADP i fosfat inorgànic ( ) per sintetitzar ATP a gran velocitat.

En conjunt, l'oxidació aeròbica completa d'una molècula de glucosa produeix entre 36 i 38 ATP, depenent del sistema de llançadora utilitzat per introduir el poder reductor citoplasmàtic a l'interior del mitocondri. FADH 2 H+ P i Bioquímica i Metabolisme Humà: Apunts d'Infermeria 26 ERROR FREQÜENT Confondre el rendiment anaeròbic amb l'aeròbic. En condicions d'anaerobiosi únicament s'obtenen els 2 ATP nets de la glucòlisi citoplasmàtica; la resta del rendiment energètic (fins a 36- 38 ATP) requereix obligatòriament la participació del mitocondri i de l'oxigen com a acceptor electrònic final. COMPROVA-HO 37 Quin paper compleix el gradient de protons a la fosforilació oxidativa?

Vies anaeròbiques: fermentació làctica i fermentació alcohòlica Quan la cèl·lula no disposa d'oxigen o té un dèficit mitocondrial, el transport electrònic s'atura i el NADH no pot cedir els seus electrons a la cadena respiratòria. Com que la glucòlisi requereix continuat per oxidar el gliceraldehid-3-fosfat, s'activen vies anaeròbiques alternatives: FERMENTACIÓ LÀCTICA Reacció en què el piruvat es redueix a lactat per regenerar el NAD+ necessari per mantenir la glucòlisi. Aquest procés és típic del teixit muscular esquelètic sota exercici intens i dels eritròcits.

El lactat alliberat pel múscul viatja per la sang fins al fetge, on s'utilitza per tornar a sintetitzar glucosa a través del cicle de Cori. En les cèl·lules tumorals es descriu una alteració metabòlica singular: aquestes cèl·lules prioritzen la producció massiva de lactat fins i tot en presència d'oxigen (normòxia). Aquesta adaptació els permet sostenir taxes molt elevades de consum de glucosa i proliferar ràpidament de manera independent de la respiració mitocondrial.

D'altra banda, organismes com els llevats duen a terme la fermentació alcohòlica en dos passos catalítics successius: en primer lloc, el piruvat experimenta una descarboxilació irreversible catalitzada per la piruvat descarboxilasa per produir acetaldehid i ; a continuació, l'enzim alcohol deshidrogenasa redueix l'acetaldehid a etanol consumint el NADH i regenerant el .

Característica Fermentació làctica Fermentació alcohòlica Respiració aeròbica Localització cel·lular Citosol Citosol Citosol i mitocondri Producte final del carboni Lactat (3C) Etanol (2C) + CO CO (1C) Acceptor final d'electrons Piruvat Acetaldehid Oxigen molecular (O ) Rendiment energètic net 2 ATP / glucosa 2 ATP / glucosa 36 - 38 ATP / glucosa COMPROVA-HO 38 Per què la fermentació és imprescindible per a la cèl·lula si no aporta cap ATP addicional respecte a la glucòlisi?

NAD+ CO 2 NAD+ Bioquímica i Metabolisme Humà: Apunts d'Infermeria 27 Gluconeogènesi: síntesi de glucosa a partir de precursors En situacions de dejuni perllongat o quan s'esgoten les reserves de carbohidrats, l'organisme activa la gluconeogènesi. Aquesta ruta biosintètica té lloc principalment al fetge i produeix glucosa a partir de substrats no glucídics. Esquema dels substrats i la regulació hormonal de la gluconeogènesi. Els precursors principals per a la síntesi de glucosa són: Lactat: provinent del teixit muscular o dels glòbuls vermells. Glicerol: alliberat pel teixit adipós a partir del catabolisme dels triacilglicerols (vegeu «Metabolisme i transport dels lípids»).

Aminoàcids: components proteics que s'incorporen com a intermediaris del cicle de Krebs (vegeu «Estructura i degradació de proteïnes i aminoàcids»). L'oxalacetat constitueix la cruïlla fonamental d'aquesta ruta: surt del mitocondri i es dirigeix al citosol per recórrer el camí invers a la glucòlisi mitjançant passos enzimàtics regulats específics, com la piruvat carboxilasa i la fructosa-1,6-bisfosfatasa. Durant el dejuni, l'augment d'àcids grassos i d'acetil- CoA al fetge afavoreix i estimula aquesta maquinària gluconeogènica.

Bioquímica i Metabolisme Humà: Apunts d'Infermeria 28 ESQUEMA Substrats no glucídics per a la gluconeogènesi COMPROVA-HO 39 Quins són els tres substrats no glucídics principals utilitzats pel fetge per sintetitzar nova glucosa? Metabolisme del glucogen i regulació hormonal El cos emmagatzema l'excés de glúcids en forma de glucogen, un polímer altament ramificat format per cadenes de glucosa que permet condensar una gran quantitat de molècules en poc volum cel·lular (vegeu «Estructura i classificació dels glúcids»). Cal tenir en compte que el glucogen ingerit amb els aliments es degrada completament al tub digestiu; per tant, el glucogen corporal és sempre de síntesi endògena.

El glucogen s'emmagatzema principalment al teixit muscular i al fetge mitjançant enllaços alfa- glicosídics. L'equilibri entre la seva producció (glucogènesi) i la seva degradació (glucogenòlisi) està regulat per senyals hormonals que responen a la glucèmia: Insulina: s'allibera quan la glucosa en sang és elevada. Estimula la captació de glucosa per part dels teixits i n'activa l'emmagatzematge en forma de glucogen (via glucogènica). Glucagó: secretat en situacions d'hipoglucèmia o dejuni. Activa el trencament del glucogen hepàtic per alliberar glucosa lliure a la circulació, a més de mobilitzar precursors cap a la gluconeogènesi.

COMPROVA-HO 40 Quina hormona predomina en dejuni per mobilitzar la glucosa hepàtica i quin és el seu efecte sobre el glucogen? Lactat Procedent del múscul en exercici i eritròcits. Glicerol Alliberat pel teixit adipós durant el dejuni. Aminoàcids Esquelets carbonats derivats a intermediaris del cicle de Krebs. Bioquímica i Metabolisme Humà: Apunts d'Infermeria 29 IDEES CLAU La glucòlisi té lloc al citosol i produeix un guany net de i per molècula de glucosa. L'oxidació aeròbica completa del piruvat a la matriu mitocondrial i la fosforilació oxidativa generen entre 36 i 38 ATP utilitzant oxigen com a acceptor terminal.

En condicions anaeròbiques, la fermentació làctica i l'alcohòlica regeneren el citoplasmàtic per sostenir la glucòlisi. Les cèl·lules tumorals obtenen energia ràpida derivant el piruvat a lactat de manera preferent i independent de l'oxigen. La gluconeogènesi sintetitza glucosa a partir de precursors no glucídics com lactat, glicerol i aminoàcids quan el glucogen s'esgota. El glucogen muscular i hepàtic es sintetitza per acció de la insulina i es degrada en presència de glucagó. COMPROVA EL QUE HAS APRÈS 41. Quina funció té la reducció del piruvat a lactat durant la fermentació làctica? 42. Com funciona l'ATP sintasa per sintetitzar molècules d'ATP? 43.

Com actuen de forma oposada la insulina i el glucagó en el metabolisme del glucogen? Test Encercla la resposta correcta. Les solucions són al final. 44. Quin és el rendiment energètic net exacte obtingut directament de la glucòlisi citoplasmàtica? 45. Quin és l'acceptor terminal d'electrons durant la respiració cel·lular aeròbica mitocondrial? 46. En què consisteix la particularitat metabòlica de les cèl·lules tumorals en el consum de glucosa?

2 ATP 2 NADH NAD+ 2 ATP i 2 FADH2 a) 4 ATP i 2 NADH b) 36 a 38 ATP c) 2 ATP i 2 NADH d) Oxigen molecular a) Acetaldehid b) Oxalacetat c) Piruvat citoplasmàtic d) Aturen la glucòlisi per activar la gluconeogènesi a) Produeixen lactat preferentment fins i tot amb oxigen b) Sintetitzen glucogen muscular de manera massiva c) Bloquegen completament l'absorció de glucosa d) Bioquímica i Metabolisme Humà: Apunts d'Infermeria 30 47. Quin compost actua com a intermediari d'encreuament entre el cicle de Krebs i la gluconeogènesi?

5 Estructura i classificació dels lípids EN ACABAR SABRÀS Distingir les propietats físiques i el punt de fusió segons la saturació i isomería cis/trans dels àcids grassos Explicar l'estructura química i el procés d'esterificació dels triglicèrids en l'emmagatzematge gras Identificar les estructures supramoleculars que formen els fosfolípids amfipàtics en solució aquosa Relacionar l'estructura d'esfingolípids i del colesterol amb les seves funcions membranoses i endocrines PENSA-HI ABANS DE LLEGIR 48 Per què un recipient amb oli vegetal es manté líquid a temperatura ambient mentre que la mantega és un bloc sòlid?

Els lípids constitueixen un grup heterogeni de biomolècules orgàniques definides principalment per la seva baixa solubilitat en aigua i la seva alta solubilitat en dissolvents orgànics no polars. Aquesta propietat deriva del seu caràcter altament hidrocarbonat, fet que els atorga un rendiment calòric superior al dels glúcids. A diferència d'aquests últims, que s'emmagatzemen fortament hidratats, les reserves lipídiques contenen una proporció insignificant d'aigua, permetent concentrar més energia útil per unitat de massa.

Etanol a) Glicerol-3-fosfat b) Oxalacetat c) Fructosa-6-fosfat d) Bioquímica i Metabolisme Humà: Apunts d'Infermeria 31 ESQUEMA Classificació general dels lípids Àcids grassos: estructura, isomería i propietats físiques Els àcids grassos són àcids carboxílics amb una cadena hidrocarbonada alifàtica de longitud variable. Segons la presència d'enllaços múltiples a la cadena, es classifiquen en dues grans categories: Àcids grassos saturats: no presenten dobles enllaços al llarg de la seva cadena. En tenir tots els carbonis units per enllaços simples ( ), contenen el nombre màxim d'hidrògens possible.

Aquesta conformació lineal afavoreix un empaquetament compacte entre cadenes veïnes mitjançant interaccions hidrofòbiques i forces febles (vegeu «Bases químiques i bioenergètica cel·lular»). A conseqüència d'això, tenen punts de fusió superiors i solen mantenir-se en estat sòlid a temperatura ambient. Àcids grassos insaturats: contenen un (monoinsaturats) o més d'un (poliinsaturats) doble enllaç carboni-carboni ( ). La presència d'aquest enllaç rígid trenca la linealitat de la cadena hidrocarbonada mitjançant una torsió geomètrica.

La posició espacial dels hidrògens respecte al doble enllaç determina la seva configuració isomèrica: Isomer cis: els hidrògens es troben al mateix costat de la insaturació. Això provoca una colzada o desviació angular notable de la cadena, dificultant l'empaquetament ordenat de les molècules i aportant més flexibilitat i fluïdesa a la mescla lipídica. Isomer trans: els hidrògens se situen en costats oposats del doble enllaç. Aquesta disposició manté una geometria més propera a la línia recta, augmentant la rigidesa i permetent un empaquetament semblant al dels àcids saturats.

Lípids de reserva Emmagatzematge d'energia Triglicèrids Glicerol i 3 àcids grassos Lípids de membrana Components estructurals Fosfolípids Caps polars i cues apolars Esfingolípids Esquelet d'esfingosina Colesterol Esterol de membrana Lípids reguladors Senyalització i protecció Hormones esteroidals Derivats del colesterol Ceres Aïllament i protecció hídrica C C C = C Bioquímica i Metabolisme Humà: Apunts d'Infermeria 32 Esquema d'un àcid gras amb doble enllaç en configuració trans. PER RECORDAR-HO A igual nombre de carbonis, com més gran sigui el nombre d'insaturacions cis, més baix serà el punt de fusió, ja que les colzades impedeixen que les cadenes s'alineïn i s'atreguin estretament.

Àcid gras Estructura Tipus d'enllaços Punt de fusió aproximat Butíric (4:0) Saturat Palmític (16:0) Saturat Esteàric (18:0) Saturat Oleic (18:1 ) Monoinsaturat (cis) Linoleic (18:2 ) Poliinsaturat (cis) Araquidònic (20:4 ) Poliinsaturat (cis) COMPROVA-HO 49 Per què l'àcid esteàric (18:0) és sòlid a temperatura ambient mentre que l'àcid oleic (18:1) és líquid si ambdós tenen 18 àtoms de carboni? Triglicèrids: dipòsits de reserva cel·lular Els triglicèrids (o triacilglicerols) representen la modalitat principal d'emmagatzematge de combustible metabòlic en l'organisme humà. Es troben concentrats fonamentalment en forma de gotes lipídiques al citosol dels adipòcits del teixit adipós.

Estructuralment, estan formats per una molècula de glicerol unida a tres àcids grassos mitjançant enllaços èster. La formació de cada enllaç èster té lloc quan un grup hidroxil ( ) del glicerol reacciona amb el grup carboxil (-COOH) d'un àcid gras mitjançant una reacció de deshidratació, generant l'alliberament net d'una molècula d'aigua per cada enllaç constituït (tres molècules d' en total per triacilglicerol complet).

CH (CH ) COOH 3 2 2 5,5 C CH (CH ) COOH 3 2 14 63 C CH (CH ) COOH 3 2 16 70 C Δ9 CH (CH ) CH = 3 2 7 CH(CH ) COOH 2 7 16 C Δ9,12 CH (CH ) (CH = 3 2 4 CHCH ) (CH ) COOH 2 2 2 6 5 C Δ5,8,11,14 CH (CH ) (CH = 3 2 4 CHCH ) (CH ) COOH 2 4 2 2 50 C OH H O 2 Bioquímica i Metabolisme Humà: Apunts d'Infermeria 33 DEFINICIÓ Un enllaç èster és una unió covalent formada per la condensació entre el grup carboxil d'un àcid gras i un grup hidroxil d'un alcohol (com el glicerol), amb pèrdua d'una molècula d'aigua. Aquestes molècules són pràcticament apolars i insolubles en aigua, ja que no posseeixen grups ionitzables ni polars lliures.

El seu comportament físic dependrà de la longitud i del grau d'insaturació de les tres cadenes acil unides. ERROR FREQÜENT Confondre els lípids de reserva amb els lípids de membrana. Els triglicèrids són completament apolars i s'emmagatzemen en gotes hidrofòbiques; no tenen cap polar carregat i, per tant, mai formen bicapes lipídiques de membrana per si mateixos. COMPROVA-HO 50 Quantes molècules d'aigua s'alliberen durant la síntesi completa d'un triglicèrid a partir de glicerol i tres àcids grassos? Fosfolípids i autoacoblament amfipàtic Els fosfolípids són els components estructurals centrals de totes les membranes biològiques.

En la seva configuració glicerofosfolipídica, el glicerol s'esterifica amb només dos àcids grassos (cues hidrofòbiques apolars), mentre que el tercer grup hidroxil s'enllaça a un grup fosfat, el qual al seu torn pot estar unit a diversos alcohols polars. Estructura molecular de fosfolípids mostrant el cap polar de colina. Aquesta arquitectura bipolar els atorga un comportament amfipàtic, amb un extrem polar o hidròfil (el cap constituït pel fosfat i l'alcohol adjunt) i una regió apolar o hidrofòbica (les dues cadenes alifàtiques dels àcids grassos).

La naturalesa de la fracció polar presenta gran varietat biològica: Colina: origina la fosfatidilcolina, un fosfolípid abundant que aporta estabilitat estructural a la membrana plasmàtica. Etanolamina: component habitual en nombroses superfícies membranoses. Bioquímica i Metabolisme Humà: Apunts d'Infermeria 34 Inositol: forma el fosfatidilinositol, lípid essencial en mecanismes de transducció de senyals cel·lulars. En resposta a estímuls com la interacció de l'adrenalina amb els seus receptors, l'enllaç del fosfolípid es pot escindir enzimàticament, alliberant derivats que actuen com a segons missatgers intracel·lulars.

En entrar en contacte amb el medi aquós, l'efecte hidrofòbic (vegeu «L'aigua i els minerals en la fisiologia humana») indueix l'associació espontània d'aquestes estructures en diverses conformacions supramoleculars: Micel·les: agregats esfèrics on les cues hidrofòbiques queden confinades a l'interior allunyades de l'aigua, mentre que els caps polars miren cap a l'exterior hidròfil. Són pròpies de lípids d'una sola cua hidrocarbonada. Bicapa lipídica: disposició en doble capa contínua on les cadenes apolars s'enfronten cap a l'interior i els caps polars contacten amb els medis aquosos intern i extern. És la base fonamental de les membranes biològiques cel·lulars.

Liposomes: vesícules esfèriques delimitades per una bicapa lipídica contínua que tanquen un compartiment intern aquós. S'assemblen a estructures com els exosomes, utilitzats per la cèl·lula per a la transferència de molècules i la comunicació intercel·lular. Diagrama de la bicapa lipídica que forma la membrana plasmàtica. Com que el nucli intern de la bicapa és altament hidrofòbic i apolar, impedeix el pas directe i lliure de substàncies polars i de l'aigua. Per aquesta raó, la major part del flux hídric transmembrana requereix canals proteics especialitzats anomenats aquaporines.

Bioquímica i Metabolisme Humà: Apunts d'Infermeria 35 COMPROVA-HO 51 Quina diferència estructural bàsica existeix entre una micel·la i un liposoma? Esfingolípids, esterols i ceres A més dels glicerofosfolípids, existeixen altres famílies lipídiques amb rols funcionals crítics en la cel·lula humana: Esfingolípids Els esfingolípids no contenen glicerol; el seu esquelet central és l'esfingosina, un aminoalcohol de cadena llarga. En unir un àcid gras al seu grup amino s'obté la ceramida, a partir de la qual deriven compostos més complexos: Esfingomielines: posseeixen fosfocolina o fosfoetanolamina com a cap polar; són components clau de la beina de mielina que envolta i aïlla els axons neuronals.

Glicoesfingolípids (cerebròsids i gangliòsids): incorporen monosacàrids o cadenes d'oligosacàrids a la seva estructura. Queden exposats a la cara externa de la membrana plasmàtica i actuen en processos de reconeixement cel·lular i adhesió. Esterols: Colesterol i derivats El colesterol és un esterol lipídic format per una estructura rígida de quatre anells hidrocarbonats fusionats, derivat del ciclopentanoperhidrofenantrè. Posseeix una naturalesa gairebé íntegrament apolar, amb un únic grup hidroxil ( ) lliure al carboni 3 que constitueix el seu cap polar feble. A les membranes plasmàtiques, el colesterol regula la fluïdesa de les membranes.

En intercalar-se entre les cues alifàtiques dels fosfolípids, en redueix la mobilitat excessiva a temperatures altes aportant consistència mecànica i rigidesa, alhora que evita l'empaquetament rígid a baixes temperatures. A més, actua com a precursor fisiològic de molècules clau: Àcids biliars: com els àcids taurocòlic i glicocòlic. Vitamina D: essencial en el metabolisme ossi. Hormones esteroidals: sintetitzades a les gònades i a l'escorça suprarenal, incloent la testosterona, la dihidrotestosterona (relacionades amb el desenvolupament muscular), els estrògens com l'estradiol, la progesterona, el cortisol i l'aldosterona.

Ceres Les ceres són èsters d'un àcid gras de cadena llarga unit a un alcohol de cadena llarga. En tenir exclusivament enllaços simples i cadenes molt extenses de carboni i hidrogen, presenten un caràcter hidrofòbic extremadament acusat i un punt de fusió elevat. La seva funció…