Bioquímica: biomolècules, aigua i rutes metabòliques UdG

I 0 flashcards i 6 preguntes més al document.

Text del document

APUNTS BIOQUÍMICA Grau en Fisioteràpia Universitat de Girona AprenAI 2026-2027 Apunts de Bioquímica per a Fisioteràpia a la UdG: equilibri hidroelectrolític, glúcids, lípids, proteïnes, bioenergètica, respiració cel·lular i cicle de la urea.

APREN.AI Índex 1 Introducció cel·lular, energia i bioenergètica Composició química i organització de la cèl·lula Bioenergètica i flux d'energia a la biosfera Catabolisme versus anabolisme L'ATP i els transportadors d'electrons redox 2 L'aigua, propietats fisicoquímiques, osmolaritat i equilibri àcid-base Estructura molecular de l'aigua i comparació amb altres hidrurs Distribució, balanç hídric i manifestacions clíniques de la deshidratació Solubilitat, l'efecte hidròfob i comportament d'amfípats Osmosi, pressió osmòtica i tonicitat dels fluids cel·lulars Dissociació de l'aigua, concepte de pH i equilibri àcid-base corporal El sistema amortidor bicarbonat i l'acidosi per alteració ventilatòria 3 Glúcids — Estructura, classificació i propietats nutricionals 1.

Naturalesa química i monosacàrids 2. Disacàrids i l'enllaç glicosídic 3. Oligosacàrids i el paper de la microbiota 4. Polisacàrids: reserva i estructura 5.

Els xarops en l'alimentació 4 Metabolisme dels glúcids i respiració cel·lular Visió d'ansambl del metabolisme glucídic La glicòlisi citosòlica: primera etapa del catabolisme Destins anaeròbics del piruvat: fermentacions i metabolisme tumoral Respiració cel·lular aeròbica: de la matriu mitocondrial a l'ATP sintasa Balanç energètic i rutes de recuperació de glucosa 5 Lípids — Classificació, membranes biològiques i metabolisme lipídic Àcids grassos i triacilglicerols Fosfolípids, colesterol i altres lípids estructurals Catabolisme lipídic: lipòlisi i beta-oxidació Lipogènesi, lipoproteïnes i adaptació metabòlica 6 Proteïnes — Estructura, funcions biològiques i degradació del nitrogen 1.

Els aminoàcids: blocs constructors de les proteïnes 2. L'enllaç peptídic 3. Diversitat funcional de les proteïnes 4. Nivells d'organització estructural de les proteïnes 5. Classificació conformacional: fibroses i globulars Bioquímica: biomolècules, aigua i rutes metabòliques UdG 1 6. Degradació i catabolisme dels aminoàcids 7. El cicle de la urea 7 Resum per repassar Bioenergètica i aigua Glúcids i metabolisme glucídic Lípids i metabolisme lipídic Proteïnes i catabolisme del nitrogen 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: biomolècules, aigua i rutes metabòliques UdG 2 1 Introducció cel·lular, energia i bioenergètica EN ACABAR SABRÀS Distingir entre enllaços covalents i interaccions no covalents en l'estructura cel·lular. Diferenciar els processos catabòlics i anabòlics segons el seu sentit energètic i el seu estat redox. Explicar el paper de l'ATP i comparar la capacitat transportadora del NAD+ i el FAD. PENSA-HI ABANS DE LLEGIR 1 Per què la degradació dels greixos produeix molta més energia que la dels sucres? La bioquímica estudia la base molecular de la vida: les estructures atòmiques que formen els organismes i les transformacions químiques que els mantenen vius.

ESQUEMA Bioquímica cel·lular i metabolisme Composició química i organització de la cèl·lula La matèria viva està constituïda principalment per un conjunt reduït d'elements químics coneguts com a bioelements. Entre els majoritaris destaquen el carboni, l'hidrogen i l'oxigen, acompanyats pel nitrogen, el sofre, el fòsfor, el ferro i el clor. Aquests àtoms s'uneixen entre si mitjançant enllaços covalents forts per crear les biomolècules bàsiques. Per contra, la conformació espacial i la comunicació biològica depenen d'interaccions no covalents més febles.

Entre elles trobem les interaccions iòniques, les forces de van der Waals i els enllaços per pont d'hidrogen (vegeu «L'aigua, propietats fisicoquímiques, osmolaritat i equilibri àcid-base»). Aquestes forces permeten que les estructures es reconeguin i interaccionin de manera dinàmica. La cèl·lula és la unitat fonamental on es duen a terme totes les reaccions metabòliques. En el cas dels nutrients ingerits, el tracte digestiu descompon els polímers en monòmers mitjançant la digestió abans de la seva absorció intestinal.

Dins del medi cel·lular destaquen dos components essencials: Bases químiques cel·lulars Bioelements, unions covalents i membranes Bioenergètica i flux Fotosíntesi, termodinàmica i calories Vies metabòliques Catabolisme oxidatiu i anabolisme reductiu Monedes d'intercanvi ATP i coenzims redox (NADH, FADH2) Bioquímica: biomolècules, aigua i rutes metabòliques UdG 3 Membrana plasmàtica: Estableix el límit físic entre l'exterior i l'interior cel·lular. Presenta glicoproteïnes i cadenes d'oligosacàrids a la cara externa que formen una coberta especialitzada; aquests sucres de superfície permeten el reconeixement específic entre cèl·lules veïnes.

Mitocondri: Orgànul central de la respiració cel·lular. Conté la maquinària enzimàtica necessària per produir la major part de l'ATP mitjançant el cicle de Krebs i la fosforilació oxidativa (vegeu «Metabolisme dels glúcids i respiració cel·lular»). Esquema de la membrana plasmàtica amb glicocàlix per al reconeixement cel·lular. Diagrama del mitocondri amb el cicle de Krebs i la fosforilació oxidativa. Bioquímica: biomolècules, aigua i rutes metabòliques UdG 4 COMPROVA-HO 2 Quina diferència funcional existeix entre els enllaços covalents i les forces no covalents en els sistemes biològics?

Bioenergètica i flux d'energia a la biosfera L'energia no es crea ni es destrueix, sinó que es transforma continuament d'una forma a una altra. En termes termodinàmics, una caloria (cal) és la unitat de calor requerida per elevar la temperatura de l'aigua, utilitzant-se sovint el múltiple de la quilocaloria (1 kcal = 1.000 cal).

A la biosfera, l'energia flueix de manera cíclica entre els organismes fotoautòtrofs i els heteròtrofs: Catabolisme versus anabolisme El conjunt de totes les transformacions químiques cel·lulars es divideix en dues grans vies coordinades: Característica Catabolisme Anabolisme Tipus de procés Degradatiu (trenca nutrients complexos) Biosintètic (crea molècules complexes) Estat redox dels substrats Procés generalment oxidatiu (pèrdua d'electrons/hidrògens) Procés reductiu (guany d'electrons/hidrògens) Balanç energètic Exergònic: allibera energia química útil Endergònic: requereix despesa d'energia química Substrats i productes Glúcids, greixos i proteïnes passen a , i amoníac ( ) Precursors simples (aminoàcids, monosacàrids) formen proteïnes, lípids o àcids nucleics Coenzims i nucleòtids Genera ATP i coenzims reduïts (NADH, ) Consumeix ATP i oxida coenzims reduïts Les plantes capten l'energia radiant solar mitjançant la fotosíntesi per sintetitzar hidrats de carboni complexos a partir de compostos inorgànics senzills: diòxid de carboni ( ) i aigua ( ).

1 CO 2 H O 2 Els organismes animals obtenen energia lliure ingerint aquests nutrients i metabolitzant-los; durant aquest procés alliberen calor i retornen novament el i l' al medi ambient com a productes finals. 2 CO 2 H O 2 CO 2 H O 2 NH 3 FADH 2 Bioquímica: biomolècules, aigua i rutes metabòliques UdG 5 Esquema d'acoblament metabòlic entre catabolisme degradatiu i anabolisme biosintètic. ERROR FREQÜENT En bioquímica, una oxidació no requereix obligatòriament la incorporació d'oxigen. L'oxidació cel·lular consisteix en la pèrdua d'electrons o l'extracció d'àtoms d'hidrogen d'un compost; la reducció és el guany d'electrons o la incorporació d'hidrògens.

Els àcids grassos aporten molt més rendiment que la glucosa perquè el seu esquelet està altament reduït i té acumulats molts més hidrògens llestos per ser oxidats. COMPROVA-HO 3 Per què els àcids grassos contenen una quantitat més gran d'energia disponible per gram que els glúcids? L'ATP i els transportadors d'electrons redox La cèl·lula interconnecta les reaccions exergòniques i endergòniques mitjançant transportadors d'energia química i poder reductor: L'adenosina trifosfat (ATP) és un nucleòtid format per adenina, ribosa i tres grups fosfat ( ). Actua com a intermediari universal d'energia metabòlica lliure.

La ruptura hidrolítica dels seus enllaços fosfoanhídric allibera una quantitat estàndard d'energia lliure de 7.300 cal/mol (7,3 kcal/mol), que s'acobla directament al treball biològic cel·lular. D'altra banda, les reaccions d'oxidació-reducció transfereixen càrregues entre parells conjugats: PO 4 Bioquímica: biomolècules, aigua i rutes metabòliques UdG 6 Un agent oxidant és l'espècie química que capta electrons del medi; en guanyar-los es redueix i el seu estat d'oxidació disminueix. Un agent reductor transfereix els seus electrons a una altra molècula; en cedir-los s'oxida i el seu estat d'oxidació augmenta.

Paràmetre NAD+ / NADH FAD / FADH2 Nom complet Nicotinamida adenina dinucleòtid Flavina adenina dinucleòtid Funció biològica Coenzim redox soluble Cofactor redox unit a complexos enzimàtics Captació d'hidrogen Accepta 1 ió hidrur (equivalent a 1 àtom d'hidrogen amb 2 electrons) Pot acceptar 2 àtoms d'hidrogen complets ( ) Rendiment energètic equivalent Produeix l'equivalent a 3 ATP a la cadena respiratòria Produeix l'equivalent a 2 ATP a la cadena respiratòria IDEES CLAU Els bioelements (C, H, O, N, S, P, Fe, Cl) formen esquelets mitjançant enllaços covalents, mentre que les forces no covalents controlen el reconeixement supramolecular.

El catabolisme és degradatiu, exergònic i oxidatiu, mentre que l'anabolisme és biosintètic, endergònic i reductiu. L'oxidació biològica consisteix en la pèrdua d'electrons o l'extracció d'hidrògens, no necessàriament en l'addició d'oxigen. La hidròlisi estàndard dels enllaços fosfat de l'ATP allibera ( ). El NADH transfereix poder reductor que genera l'equivalent a 3 ATP, mentre que el proporciona l'equivalent a 2 ATP. COMPROVA EL QUE HAS APRÈS 4. Quin paper acompleixen els carbohidrats de la superfície exterior de la membrana plasmàtica? 5. Quanta energia lliure s'allibera en la hidròlisi estàndard d'un mol d'ATP? 6.

En què es distingeixen el NAD+ i el FAD respecte a la captació d'hidrògens i el rendiment d'ATP? 2H + + 2e 7.300 cal/mol 7,3 kcal/mol FADH 2 Bioquímica: biomolècules, aigua i rutes metabòliques UdG 7 Test Encercla la resposta correcta. Les solucions són al final. 7. Com es defineix una reacció d'oxidació en el metabolisme cel·lular? 8. Quina característica pertany exclusivament a les vies anabòliques? 9. Quina energia s'allibera en la hidròlisi estàndard dels enllaços de l'ATP? 10. Quin rendiment teòric d'ATP aporta l'oxidació del NADH davant del FADH2 a la cadena respiratòria?

2 L'aigua, propietats fisicoquímiques, osmolaritat i equilibri àcid-base EN ACABAR SABRÀS Distingir l'estructura molecular de l'aigua i les seves propietats respecte a altres hidrurs. Calcular el balanç hídric diari i identificar els estadis clínics de la deshidratació. Preveure la resposta morfològica dels eritròcits segons l'osmolaritat del medi circumdant. Explicar l'origen de l'acidosi respiratòria o metabòlica mitjançant el sistema amortidor bicarbonat. PENSA-HI ABANS DE LLEGIR 11 Per què si l'aigua (H2O) i el sulfur d'hidrogen (H2S) tenen una forma química tan semblant, l'aigua bull a 100 °C mentre que l'H2S és un gas a temperatura ambient?

Absorció directa d'energia tèrmica a) Pèrdua d'electrons o extracció d'hidrògens b) Guany net d'oxigen molecular gasós c) Captació de dos protons del medi d) Són processos degradatius exergònics a) Alliberen quantitats massives d'ATP b) Sintetitzen molècules complexes consumint energia c) Converteixen la glucosa en diòxid de carboni d) 1.000 cal per cada gram a) 3,0 kcal per cada mol b) 14,6 kcal per mol c) 7,3 kcal per cada mol d) 2 ATP per NADH i 3 ATP per FADH2 a) 3 ATP per a cadascun d'ells b) 1 ATP per NADH i 2 ATP per FADH2 c) 3 ATP per NADH i 2 ATP per FADH2 d) Bioquímica: biomolècules, aigua i rutes metabòliques UdG 8 Estructura molecular de l'aigua i comparació amb altres hidrurs L'aigua és un fluid condensat amb una funció estructural i metabòlica fonamental a les cèl·lules.

La seva molècula està formada per un àtom d'oxigen enllaçat covalentment a dos àtoms d'hidrogen. Aquests enllaços formen una geometria angular amb un angle d'enllaç característic de 104,5°. Esquema de la geometria angular de la molècula d'aigua amb angle de 104,5°. La diferència d'electronegativitat entre l'oxigen i l'hidrogen genera un moment dipolar permanent: l'oxigen concentra una càrrega parcial negativa i els hidrògens presenten càrregues parcials positives. Gràcies a aquesta marcada polaritat, les molècules d'aigua poden establir una extensa xarxa d'enllaços intermoleculars coneguts com a ponts d'hidrogen. Diagrama de les estructures tridimensionals comparades d'HF, H2O, H2S i NH3.

Quan es compara l'aigua ( ) amb altres hidrurs similars com el fluorur d'hidrogen (HF), el sulfur d'hidrogen ( ) o l'amoníac ( ), les seves propietats tèrmiques resulten anòmales: Hidrur Estructura i geometria Capacitat de ponts d'hidrogen Estat físic / Punt d'ebullició Angular (angle de 104,5°) Xarxa tridimensional extensa Líquid; s'evapora a 100 °C Angular Insignificants (poca diferència d'electronegativitat) Gas a temperatura ambient Piramidal trigonal Limitats per la geometria molecular Gas a temperatura ambient HF Lineal Limitats pel nombre d'hidrògens Punt d'ebullició molt inferior al de l'aigua H O 2 H S 2 NH 3 H O 2 H S 2 NH 3 Bioquímica: biomolècules, aigua i rutes metabòliques UdG 9 Aquesta xarxa tridimensional confereix a l'aigua un punt d'ebullició excepcionalment alt (100 °C) en comparació amb els seus anàlegs que són gasos, permetent a l'organisme regular la temperatura corporal i mantenir l'estabilitat tèrmica indispensable per a la vida cel·lular.

COMPROVA-HO 12 Per quina raó el sulfur d'hidrogen (H2S) és un gas a temperatura ambient mentre que l'aigua (H2O) és líquida, si tots dos tenen una geometria molecular similar? Distribució, balanç hídric i manifestacions clíniques de la deshidratació El cos humà no té mecanismes per emmagatzemar excedents d'aigua; per tant, el volum total depèn del balanç continu entre entrades i pèrdues fisiològiques. En un estat d'equilibri, el volum ingerit ha de compensar el volum excretat diàriament.

Font d'ingrés Volum mitjà (ml) Via de pèrdua Volum mitjà (ml) Aigua de beguda i líquids 1.000 Orina 900 - 1.200 Aigua dels aliments 600 - 800 Suor lleugera 400 Aigua metabòlica 200 - 300 Pulmons (respiració) 300 — — Feces 200 Total d'entrades 1.800 - 2.100 Total de pèrdues 1.800 - 2.100 En condicions sedentàries normals, un adult sa perd aproximadament el 4% de la seva massa corporal al dia. En canvi, el metabolisme i la fisiologia dels nadons impliquen una rotació hídrica molt més ràpida: en nadons la pèrdua diària d'aigua s'eleva al 15% del pes corporal, requerint aportacions continuades per prevenir un dèficit greu.

ERROR FREQÜENT No s'ha de confondre el balanç de pèrdua fisiològica diària basal (4% en adults i 15% en nadons) amb els percentatges de deshidratació clínica sobrevinguda (2%, 5% i 7-10%), que defineixen la gravetat del quadre simptomàtic. Quan el balanç esdevé negatiu, la manca d'aigua desencadena símptomes clínics progressius: Pèrdua del 2% del pes: Deshidratació lleugera o primerenca; indueix una caiguda constatable del rendiment atlètic i físic. Pèrdua d'un 5% del pes: Aparició de rampes musculars intenses i esgotament per calor. Pèrdua d'entre el 7% i el 10% del pes: Provoca al·lucinacions, deliri, xoc hipovolèmic, xoc per cop de calor i risc imminent de mort si no s'intervé mèdicament.

COMPROVA-HO 13 Quina conseqüència fisiològica immediata té una reducció hídrica del 2% del pes corporal en un esportista? Bioquímica: biomolècules, aigua i rutes metabòliques UdG 10 Solubilitat, l'efecte hidròfob i comportament d'amfípats L'aigua interacciona amb les biomolècules mitjançant diferents mecanismes químics: atraccions iòniques, ponts d'hidrogen i forces de van der Waals. Les substàncies es classifiquen en funció del seu comportament en aquest dissolvent: Substàncies hidròfiles o polars: Posseeixen dipols o grups ionitzables que interaccionen favorablement amb l'aigua i s'hi dissolen fàcilment.

Les substàncies iòniques, en posar-se en solució, es dissocien i s'estabilitzen en el medi aquós. Substàncies hidròfobes o apolars: Com ara les ceres o els àcids grassos, manquen de càrrega o grups polars i no poden establir ponts d'hidrogen. Són insolubles i tendeixen a agregar-se repel·lint l'aigua. L'exclusió mútua entre substàncies apolars i l'aigua rep el nom de efecte hidròfob. Quan les molècules no polars s'agrupen entre si, minimitzen l'àrea d'interfície amb l'aigua, permetent maximitzar l'entropia del dissolvent aquós circumdant.

DEFINICIÓ Les molècules amfipàtiques (o amfifíliques) contenen simultàniament una regió polar (hidròfila) i una regió apolar (hidròfoba) en la mateixa estructura química. Un cas arquetípic són els fosfolípids (formats sobre una base de glicerol de tres carbonis; per a la seva estructura detallada, vegeu «Lípids — Classificació, membranes biològiques i metabolisme lipídic»).

En dispersar-se en medi aquós, les molècules amfipàtiques s'autoorganitzen de tres maneres: Osmosi, pressió osmòtica i tonicitat dels fluids cel·lulars El transport cel·lular de petites molècules i l'equilibri de fluids sovint es produeix de manera passiva, sense despesa d'adenosina trifosfat (ATP; concepte introduït a «Introducció cel·lular, energia i bioenergètica»). En aquest context destaquen dos processos de transport passiu a través de membranes: Diàlisi: Procés en el qual els soluts es difonen a través d'una membrana semipermeable a favor de gradient, des d'un medi de major concentració cap a un altre de menor concentració.

Osmosi: Moviment espontani del dissolvent (l'aigua) a través d'una membrana semipermeable des d'una regió de baixa concentració de solut cap a la solució amb major concentració. Micel·les: Agregats esfèrics on les cues hidròfobes s'orienten cap a l'interior allunyades de l'aigua i els caps polars se situen a l'exterior hidratat. 1 Bicapes: Dues làmines enfrontades on els dominis apolars queden confinats al centre i les parts polars exposades a ambdues superfícies; és l'organització estructural de la membrana plasmàtica. 2 Liposomes: Vesícules delimitades per una bicapa fosfolipídica contínua que tanca un compartiment aquós intern i permet encapsular soluts.

3 Bioquímica: biomolècules, aigua i rutes metabòliques UdG 11 Esquema del fenomen d'osmosi i mesura de la pressió osmòtica hidrostàtica. La pressió osmòtica es defineix com la magnitud de pressió mecànica exacta que cal exercir sobre la cambra més concentrada per aturar completament el flux net espontani d'aigua a través de la membrana. L'osmolaritat normal dels fluids cel·lulars humans oscil·la entre 270 i 333 mOsm/kg.

La relació d'aquesta concentració de soluts amb el medi extracel·lular defineix la tonicitat i la viabilitat dels eritròcits: ESQUEMA Efectes de la tonicitat externa en els eritròcits Medi Definició de l'ambient Flux d'aigua Estat de l'eritròcit Isotònic Osmolaritat igual a la cel·lular (270- 333 mOsm/kg) Flux net nul d'aigua Morfologia normal i estable Hipotònic Osmolaritat inferior a la cel·lular L'aigua entra a la cèl·lula S'infla, s'omple d'aigua i pot lisar-se Hipertònic Osmolaritat superior a la cel·lular L'aigua surt de la cèl·lula S'arruga, perd volum i es desintegra Medi isotònic 270-333 mOsm/kg; volum i estructura normals Medi hipotònic Menys osmolaritat; l'aigua entra i s'infla Medi hipertònic Més osmolaritat; l'aigua surt i s'arruga Bioquímica: biomolècules, aigua i rutes metabòliques UdG 12 COMPROVA-HO 14 Què passa amb el volum d'un eritròcit quan se submergeix en una solució amb una osmolaritat de 150 mOsm/kg?

Dissociació de l'aigua, concepte de pH i equilibri àcid-base corporal L'aigua pura presenta una capacitat d'autoionització o dissociació molt reduïda en la qual dues molècules generen un ió hidròxid ( ) i un protó solvatat en forma d'ió hidroni ( ). De manera simplificada, l'equilibri s'expressa: La constant d'equilibri d'aquest procés relaciona les espècies químiques: A partir d'aquesta dissociació es defineix matemàticament l'escala de , la qual categoritza les dissolucions segons la concentració relativa d'ions: Solució neutra: Presenta la mateixa proporció d'ions, on . Solució àcida: Incrementa la quantitat de protons, complint (com una solució d' ).

Solució bàsica (alcalina): Redueix la concentració d'ions hidrogen lliures, on (com una solució de ). Els fluids orgànics requereixen valors de pH estrictament controlats; per exemple, la saliva se situa a 6,6, mentre que el pH fisiològic normal de la sang humana és d'aproximadament 7,4. Excepcions com el suc gàstric necessiten nivells d'acidesa alts per a la funció digestiva. El sistema amortidor bicarbonat i l'acidosi per alteració ventilatòria Per mantenir estable el pH sanguini davant les càrregues àcides o bàsiques del metabolisme, l'organisme depèn del sistema tampó bicarbonat.

Aquest sistema involucra tres espècies en equilibri dinàmic: Aquest amortidor connecta l'àcid carbònic ( ) i l'ió bicarbonat ( ) amb el diòxid de carboni gasós ( ), donant suport homeostàtic a la sang, el duodè i altres teixits perifèrics. El control del diòxid de carboni és clau en la regulació àcid-base. Quan un individu pateix un defecte ventilatori o bé s'hiperventila de forma anòmala sense un intercanvi alveolar eficaç, es pot monitorar mitjançant la saturació d'oxigen ( ) i el flux gasós alvèol-pulmonar.

Si el no s'elimina correctament, s'acumula al torrent sanguini: OH H O 3 + H O 2 H + + OH K = [H O] 2 [H ][OH ] + pH = log[H ] = + log [H ] + 1 [H ] = + [OH ] [H ] > + [OH ] HCl H + + Cl [H ] < + [OH ] NaOH Na + + OH CO + 2 H O 2 H CO 2 3 H + + HCO 3 H CO 2 3 HCO 3 CO 2 SpO 2 CO 2 Retenció de : L'acumulació de gas desplaça l'equilibri del sistema tampó cap a la dreta. 1 CO 2 Síntesi d'àcid carbònic: L'augment de reacciona amb l'aigua formant quantitats superiors d' . 2 CO 2 H CO 2 3 Bioquímica: biomolècules, aigua i rutes metabòliques UdG 13 COMPROVA-HO 15 Quina relació té l'acumulació de CO2 sanguini amb la concentració de protons i el pH?

IDEES CLAU L'aigua té una geometria angular de 104,5° i forma una extensa xarxa de ponts d'hidrogen responsable del seu punt d'ebullició atípic de 100 °C. El recàrrec d'aigua diari no s'emmagatzema: els adults perden al voltant del 4% de la massa corporal al dia i els nadons el 15%. L'efecte hidròfob sorgeix per la necessitat d'aconseguir la màxima entropia en el dissolvent aquós davant de molècules apolars. L'osmolaritat fisiològica cel·lular humana es troba entre 270 i 333 mOsm/kg, mantenint la integritat morfològica dels eritròcits. L'escala de pH mesura la concentració de protons mitjançant la fórmula , amb un valor fisiològic sanguini de 7,4.

El sistema tampó bicarbonat ( ) neutralitza variacions de pH i respon a l'acumulació de generant acidosi. COMPROVA EL QUE HAS APRÈS 16. Com respon morfològicament un eritròcit quan se situa en un entorn extracel·lular hipertònic? 17. Com s'expressa el càlcul matemàtic del pH en funció de la concentració de protons? 18. Quina diferència funcional existeix entre l'osmosi i la diàlisi a través d'una membrana semipermeable? Test Encercla la resposta correcta. Les solucions són al final. 19. Quin angle formen els dos enllaços d'hidrogen a la molècula d'aigua? 20. Quin percentatge de pes corporal perd diàriament un nadó per la seva renovació d'aigua?

Alliberament de protons: L'àcid carbònic es dissocia ràpidament produint més ions lliures i . 3 H+ HCO 3 Descens del pH (acidosi): A major concentració de protons lliures, menor és el valor del pH sanguini, desenvolupant un estat d'acidosi que altera greument la funció cel·lular. 4 pH = log[H ] + CO + 2 H O 2 H CO 2 3 H + + HCO 3 CO 2 120,0° a) 180,0° b) 109,5° c) 104,5° d) 2% a) 15% b) 10% c) 4% d) Bioquímica: biomolècules, aigua i rutes metabòliques UdG 14 21. En quin rang oscil·la l'osmolaritat normal dels fluids cel·lulars humans? 22. Quin efecte produeix la retenció de CO a la sang a través del tampó bicarbonat?

3 Glúcids — Estructura, classificació i propietats nutricionals EN ACABAR SABRÀS Distingir monosacàrids segons el seu grup carbonil i assignar la configuració D o L. Identificar els principals disacàrids de la dieta i explicar com es forma l'enllaç glicosídic. Explicar per què la cel·lulosa resisteix l'alfa-amilasa humana mentre que el midó és digerible. Justificar per què el teixit carni no és una font dietètica efectiva de glicogen. PENSA-HI ABANS DE LLEGIR 23 Si el glicogen s'emmagatzema en grans quantitats al múscul dels animals, per què la carn que mengem no en conté pràcticament gens?

Els glúcids o hidrats de carboni constitueixen les biomolècules orgàniques més abundants de la biosfera. A nivell nutricional, aporten almenys el 50 % de l'energia alimentària que consumeix la població humana global, a més d'actuar com a estructures de suport, magatzems energètics i components clau dels àcids nucleics (ARN i ADN). 200 - 250 mOsm/kg a) 270 - 333 mOsm/kg b) 100 - 150 mOsm/kg c) 350 - 420 mOsm/kg d) Augmenta el pH alcalinitzant la sang a) Redueix l'àcid carbònic circulant b) Genera més H i redueix el pH c) Destrueix completament els ions bicarbonat d) Bioquímica: biomolècules, aigua i rutes metabòliques UdG 15 ESQUEMA Classificació general dels carbohidrats 1.

Naturalesa química i monosacàrids Des d'una perspectiva química, els glúcids són polihidroxialdehids o polihidroxicetones, o bé substàncies que els alliberen per hidròlisi. La seva composició elemental inclou carboni, hidrogen i oxigen, descrita empíricament per la proporció . Els monosacàrids són les unitats monomèriques més simples: no es poden escindir en glúcids menors mitjançant enzims digestius. Es classifiquen atenent a dos criteris complementaris: Segons el grup carbonil: les aldoses posseeixen un grup aldehid ( ) a l'extrem de la cadena, mentre que les cetoses disposen d'un grup cetona ( ), habitualment al carboni 2.

Segons el nombre d'àtoms de carboni: s'estenen de tres a set carbonis, denominant-se respectivament trioses, tetroses, pentoses, hexoses i heptoses. Combinant ambdós termes s'obté la descripció exacta; per exemple, una cetopentosa té cinc carbonis i una cetona, mentre que una aldohexosa conté sis carbonis i un aldehid.

Glúcids simples 1 o 2 unitats de sucre Monosacàrids Glucosa, fructosa, galactosa Disacàrids Sacarosa, lactosa, maltosa, trehalosa Glúcids complexos Polímers de 3 o més sucres Oligosacàrids 3 a 10 unitats (rafinosa, dextrines) Polisacàrids Més de 10 unitats de monosacàrid De reserva Midó (vegetal) i glicogen (animal) Estructurals Cel·lulosa (fibra vegetal) (CH O) 2 n CHO CO Bioquímica: biomolècules, aigua i rutes metabòliques UdG 16 Estructures químiques de d-aldoses i d-cetoses de 3 i 4 carbonis.

Isomeria òptica: sèries D i L La configuració espacial d'un monosacàrid s'assigna com a D o L en funció de la posició del grup hidroxil ( ) lligat al penúltim àtom de carboni (el centre quiral més allunyat del carboni carbonílic en la projecció de Fischer): Configuració D: el grup de referència se situa a la dreta. Configuració L: el grup de referència se situa a l'esquerra. Configuració estereoquímica D i L en aldoses segons el penúltim carboni. ERROR FREQÜENT Fixar-se en l'orientació dels hidrògens en comptes del grup hidroxil ( ), o mirar un carboni qualsevol. La designació D o L depèn exclusivament de la posició de l' del penúltim carboni.

Si aquest hidroxil està a la dreta, és un D-sucre; si està a l'esquerra, és un L-sucre. OH OH OH OH OH Bioquímica: biomolècules, aigua i rutes metabòliques UdG 17 COMPROVA-HO 24 Quina diferència estructural separa una aldohexosa d'una cetohexosa? 2. Disacàrids i l'enllaç glicosídic La unió covalent entre dos monosacàrids genera un disacàrid. Aquest procés té lloc mitjançant la formació d'un enllaç glicosídic, una reacció de condensació entre el grup hidroxil d'un sucre i l'hidroxil d'un segon monosacàrid amb l'alliberament simultani d'una molècula d' . Entre els disacàrids de rellevància en la nutrició destaquen: Maltosa: formada per dues unitats de glucosa.

Lactosa: constituïda per galactosa unida a glucosa (sucre propi de la llet). Sacarosa: integrada per glucosa i fructosa. Trehalosa: dues unitats de glucosa enllaçades, present com a additiu en la indústria alimentària. 3. Oligosacàrids i el paper de la microbiota Els oligosacàrids contenen entre 3 i 10 unitats de monosacàrid unides per enllaços glicosídics. Entre ells sobresurten els oligosacàrids comuns de llegums (fesols secs, pèsols, llenties) i grans sencers: Rafinosa: trisacàrid (3 unitats). Estaquiosa: tetrasacàrid (4 unitats). Verbascosa: pentasacàrid (5 unitats). Tots tres estan constituïts per combinacions variables de glucosa, galactosa i fructosa.

El tub digestiu humà manca dels enzims necessaris per hidrolitzar aquests enllaços. Com a conseqüència, arriben intactes al còlon, on la microbiota bacteriana els fermenta, donant lloc a gasos, molèsties intestinals i flatulència. Per la seva banda, les dextrines són oligosacàrids constituïts íntegrament per cadenes curtes de glucosa. No es troben de manera natural en els aliments, sinó que s'obtenen per via industrial i s'utilitzen com a additius en fàrmacs i suplements nutricionals. H O 2 Bioquímica: biomolècules, aigua i rutes metabòliques UdG 18 Classificació general dels carbohidrats des de monosacàrids fins a polisacàrids complexos.

COMPROVA-HO 25 Per què la ingesta de llegums rics en rafinosa o estaquiosa indueix flatulències en l'ésser humà? 4. Polisacàrids: reserva i estructura Els polisacàrids són polímers d'alt pes molecular que superen les 10 unitats de monosacàrid, agrupant habitualment milers de monòmers. Es distingeixen dues categories funcionals i químiques: Homopolisacàrids: formats per un únic tipus de monosacàrid repetit al llarg de la molècula (els més abundants i rellevants en nutrició). Heteropolisacàrids: formats per dos o més tipus diferents de monosacàrids.

Polisacàrids de reserva energètica: midó i glicogen Tant el midó com el glicogen són homopolisacàrids compostos exclusivament per monòmers de glucosa: Midó: és el polisacàrid digerible més comú del regne vegetal, constituït per amilosa i amilopectina. Glicogen: representa la reserva glucídica pròpia dels teixits animals, concentrat al fetge i al múscul esquelètic. L'elevat grau de ramificació del glicogen (i de l'amilopectina) ofereix un avantatge fisiològic decisiu: genera una gran quantitat d'extrems no reductors. Des d'aquests extrems, els enzims cel·lulars poden escindir de manera simultània nombroses molècules de glucosa lliure quan cal una mobilització metabòlica urgent.

Bioquímica: biomolècules, aigua i rutes metabòliques UdG 19 ERROR FREQÜENT Creure que la carn és una font dietètica de glicogen perquè el múscul l'emmagatzema en gran quantitat. A la dieta pràcticament no s'ingereix glicogen de la carn: durant el sacrifici i el processament de l'animal, el glicogen muscular s'hidrolitza de pressa a glucosa i es converteix ràpidament en àcid làctic. Polisacàrid estructural: la cel·lulosa i la fibra dietètica La cel·lulosa és l'homopolímer de glucosa majoritari de les parets cel·lulars vegetals. Es diferencia del midó en la naturalesa dels seus enllaços: les glucoses s'uneixen mitjançant enllaços glicosídics beta(1- 4).

Com que l'enzim digestiu humà alfa-amilasa és estereoespecífic per a enllaços alfa(1-4), no pot hidrolitzar la configuració beta de la cel·lulosa. Per aquesta raó, la cel·lulosa actua com a fibra dietètica no digerible i no compta com a font directa de glucosa. Malgrat això, els bacteris del còlon fermenten parcialment aquestes fibres i generen àcids grassos de cadena curta, els quals aporten certa energia a l'organisme i mantenen la funcionalitat del tracte gastrointestinal.

Polisacàrid Monòmer Origen biològic Funció principal Digeribilitat humana Midó Glucosa Vegetal Reserva energètica Digerible per alfa-amilasa Glicogen Glucosa Animal (fetge i múscul) Reserva ràpida de glucosa Sense ingesta en carn (degradat a làctic) Cel·lulosa Glucosa Vegetal (paret cel·lular) Estructura vegetal / Fibra Indigerible (enllaços beta(1-4)) 5. Els xarops en l'alimentació Un xarop és una solució aquosa viscosa de sucres dissolts. La concentració de carbohidrats és prou elevada per aportar una textura densa, però es manté per sota del límit que provocaria la cristal·lització dels sucres.

S'obtenen a través de tres procediments principals: COMPROVA-HO 26 Quina propietat química impedeix que l'alfa-amilasa degradi la cel·lulosa si aquesta està feta únicament de glucosa? En estat natiu: directament de la natura, com succeeix amb la mel. 1 Concentració per evaporació: eliminant part de l'aigua de sucs o fluids naturals, com en el xarop de saba d'auró. 2 Processament enzimàtic industrial: degradant midons per via enzimàtica, com en l'elaboració del xarop de blat de moro. 3 Bioquímica: biomolècules, aigua i rutes metabòliques UdG 20 IDEES CLAU Els glúcids són polihidroxialdehids o polihidroxicetones que segueixen la fórmula estequiomètrica general .

La configuració D o L d'un monosacàrid ve determinada exclusivament per l'orientació del grup del seu penúltim àtom de carboni. L'enllaç glicosídic s'estableix per condensació entre dos grups hidroxil amb l'alliberament d'una molècula d' . Els oligosacàrids dels llegums (rafinosa, estaquiosa, verbascosa) no són digeribles per enzims humans i són fermentats per la microbiota colònica provocant gasos. El glicogen i l'amilopectina posseeixen una estructura molt ramificada amb nombrosos extrems no reductors per alliberar glucosa amb gran rapidesa. La cel·lulosa presenta enllaços resistents a l'alfa-amilasa dels mamífers, actuant com a fibra dietètica fermentable al còlon.

COMPROVA EL QUE HAS APRÈS 27. Com es defineix un homopolisacàrid i quins en són els dos exemples principals de reserva biològica? 28. Per quin motiu el consum de carn no aporta quantitats significatives de glicogen? Test Encercla la resposta correcta. Les solucions són al final. 29. Com s'anomena un monosacàrid de sis carbonis amb un grup cetona? 30. Quantes unitats de monosacàrid conté la verbascosa? 31. Quin tipus d'enllaç de la cel·lulosa impedeix la digestió per l'alfa-amilasa? 32. Quin avantatge confereix l'alta ramificació del glicogen?

(CH O) 2 n OH H O 2 β(1 4) Cetohexosa a) Aldohexosa b) Cetopentosa c) Aldopentosa d) Dues unitats a) Tres unitats b) Quatre unitats c) Cinc unitats d) Enllaç beta(1-6) a) Enllaç alfa(1-4) b) Enllaç alfa(1-6) c) Enllaç beta(1-4) d) Impedir la formació d'àcid làctic a) Evitar qualsevol acció bacteriana b) Multiplicar els extrems no reductors c) Formar xarxes insolubles protectores d) Bioquímica: biomolècules, aigua i rutes metabòliques UdG 21 4 Metabolisme dels glúcids i respiració cel·lular EN ACABAR SABRÀS Distingir les rutes catabòliques i anabòliques del metabolisme de la glucosa i els seus intermediaris de connexió.

Explicar el mecanisme de regeneració de NAD+ en condicions anaeròbiques mitjançant fermentació làctica o alcohòlica. Descriure el procés de quimiosmosi i la gènesi del gradient de protons a la membrana mitocondrial interna. Comparar el balanç energètic net d'una molècula de glucosa en condicions aeròbiques (36-38 ATP) i anaeròbiques (2 ATP). PENSA-HI ABANS DE LLEGIR 33 Per què els músculs poden continuar treballant intensament a curt termini fins i tot quan els arriba poc oxigen? Visió d'ansambl del metabolisme glucídic El metabolisme dels hidrats de carboni constitueix una xarxa integrada de transformacions químiques essencials per al manteniment energètic de la cèl·lula.

En aquesta xarxa conviuen processos de degradació (catabolisme; vegeu «Introducció cel·lular, energia i bioenergètica») i de síntesi (anabolisme; vegeu «Introducció cel·lular, energia i bioenergètica»), connectats per intermediaris clau com la glucosa i el piruvat. Bioquímica: biomolècules, aigua i rutes metabòliques UdG 22 Diagrama de connexions del metabolisme glucídic entre glicòlisi, gluconeogènesi i cicle de Krebs. Les principals rutes que formen aquesta cruïlla metabòlica són les següents: Glicòlisi: ruta catabòlica que degrada la glucosa fins a piruvat generant poder reductor i energia metabòlica.

Gluconeogènesi: via anabòlica responsable de la biosíntesi de glucosa nova a partir de precursors no glucídics. Glicogènesi: polimerització de glucosa per emmagatzemar-la en forma de glicogen (vegeu «Glúcids — Estructura, classificació i propietats nutricionals»). Glicogenòlisi: fragmentació o hidròlisi intracel·lular del glicogen per alliberar unitats de glucosa ràpidament. Via de les pentoses fosfat: derivació que produeix sucres de cinc carbonis (pentoses) i poder reductor en forma de NADPH. Cicle de Krebs (o dels àcids tricarboxílics, TCA): oxidació de l'acetil-CoA provinent del piruvat per alliberar i electrons d'alta energia.

CO 2 Bioquímica: biomolècules, aigua i rutes metabòliques UdG 23 PROCÉS Flux complet de la respiració cel·lular aeròbica COMPROVA-HO 34 Quina relació funcional directa hi ha entre la glicogènesi i la glicogenòlisi a les cèl·lules? La glicòlisi citosòlica: primera etapa del catabolisme La glicòlisi es desenvolupa de manera universal al citosol cel·lular de tots els mamífers i va ser identificada originalment associada a l'activitat fermentativa en llevats. La seva missió fonamental consisteix a oxidar parcialment una molècula de glucosa (6 carbonis) per transformar-la en dues molècules de piruvat (3 carbonis). Esquema de les reaccions enzimàtiques consecutives de la glicòlisi citosòlica.

Al llarg d'aquesta seqüència enzimàtica, una fracció de l'energia química continguda en els enllaços del monosacàrid s'aprofita per sintetitzar adenosina trifosfat (ATP; vegeu «Introducció cel·lular, energia i bioenergètica») i reduir transportadors electrònics de (vegeu «Introducció cel·lular, Glicòlisi citosòlica Oxidació de glucosa a 2 piruvats generant 2 ATP i 2 NADH. 1 Descarboxilació del piruvat Entrada al mitocondri i formació d'acetil-CoA amb alliberament de CO2. 2 Cicle de Krebs Oxidació a la matriu mitocondrial alliberant CO2, NADH i FADH2. 3 Cadena de transport d'electrons Pas d'electrons a l'O2 i bombament de protons a l'espai intermembranós.

4 Fosforilació oxidativa Retorn dels protons per l'ATP sintasa generant entre 36 i 38 ATP nets. 5 NAD a NADH + Bioquímica: biomolècules, aigua i rutes metabòliques UdG 24 energia i bioenergètica»). Tant la glicòlisi com el posterior cicle mitocondrial representen autèntics eixos centrals del metabolisme, ja que la major part dels seus intermediaris enllacen directament amb rutes lipídiques o d'aminoàcids. Destins anaeròbics del piruvat: fermentacions i metabolisme tumoral En absència d'oxigen, la cadena de transport electrònic mitocondrial s'atura. Per tal que la glicòlisi pugui continuar generant ATP, la cèl·lula necessita regenerar de forma urgent el oxidat a partir del NADH acumulat.

Els dos destins fermentatius principals són: METABOLISME DE LES CÈL·LULES CANCEROSES Sota condicions habituals, una cèl·lula normal requereix oxigen per créixer i prioritza la respiració mitocondrial. En canvi, una cèl·lula cancerosa manté una taxa molt elevada de glicòlisi anaeròbica fins i tot en presència d'oxigen, produint grans quantitats de lactat que afavoreixen la invasió tumoral i la metàstasi. ERROR FREQÜENT Pensar que la fermentació produeix ATP addicional després del piruvat. El pas de piruvat a lactat o a etanol no genera cap molècula d'ATP; el seu únic propòsit és reoxidar el NADH a per evitar que la glicòlisi es bloquegi per manca de coenzim disponible.

COMPROVA-HO 35 Per què una cèl·lula muscular sotmesa a anòxia produeix lactat si aquest pas no sintetitza nou ATP? Respiració cel·lular aeròbica: de la matriu mitocondrial a l'ATP sintasa Quan la cèl·lula disposa d'oxigen suficient, el piruvat generat al citosol creua les membranes mitocondrials fins a la matriu mitocondrial. Allà experimenta una descarboxilació oxidativa: el piruvat (3C) perd un carboni en forma de i s'uneix al coenzim A per formar acetil-CoA (2C), generant a més NADH.

L'acetil-CoA s'incorpora immediatament al cicle de Krebs (cicle dels àcids tricarboxílics), una seqüència cíclica de reaccions enzimàtiques que oxida el grup acetil fins a alliberar dues molècules addicionals de . L'energia restant es transfereix a coenzims d'alta energia produint NADH, NAD+ Fermentació làctica: L'enzim lactat deshidrogenasa redueix el piruvat directament a lactat al citosol, transferint els electrons del NADH per reoxidar-lo a . Aquest mecanisme el duen a terme les cèl·lules animals quan manca oxigen i els bacteris de l'àcid làctic, els quals n'obtenen energia de manera estrictament anaeròbica.

1 NAD+ Fermentació alcohòlica: Organismes com els llevats desvien el piruvat derivat de la glucosa cap a la producció d'etanol i diòxid de carboni, garantint igualment la reoxidació dels coenzims reduïts. 2 NAD+ CO 2 CO 2 FADH 2 Bioquímica: biomolècules, aigua i rutes metabòliques UdG 25 (vegeu «Introducció cel·lular, energia i bioenergètica») i una molècula d'ATP (o GTP).

ESQUEMA Classificació de les vies del metabolisme glucídic A continuació té lloc la fosforilació oxidativa a la membrana mitocondrial interna: Cadena de transport d'electrons: Els electrons d'alta energia continguts en el NADH i el es traspassen ordenadament a través d'una cadena de transportadors proteics fins a arribar a l'oxigen com a acceptor final, reduint-lo a aigua. Gradient electroquímic de protons: A mesura que els electrons viatgen per la cadena, es bomben protons ( ) des de la matriu fins a l'espai intermembranós (situat entre la membrana mitocondrial interna i l'externa), generant una potent força protó-motriu.

Síntesi quimiosmòtica d'ATP: Els protons acumulats a l'espai intermembranós retornen a la matriu a través de l'ATP sintasa (actuant com una turbina molecular), moviment que indueix la formació catalítica d'ATP. DESACOBLAMENT PROTÒNIC I TERMOGÈNESI No tots els protons acumulats tornen a la matriu a través de la turbina de l'ATP sintasa. Si els protons travessen la membrana interna mitjançant altres proteïnes canal específiques (proteïnes desacobladores), l'energia emmagatzemada en el gradient no produeix ATP, sinó que es dissipa directament en forma de calor. Aquest mecanisme adaptatiu és fonamental per a la supervivència d'animals que hivernen.

COMPROVA-HO 36 Què passaria amb la síntesi d'ATP si la membrana mitocondrial interna es tornés completament permeable als protons? Balanç energètic i rutes de recuperació de glucosa La diferència en eficiència catabòlica entre l'absència i la presència d'oxigen és contundent. Mentre que la fermentació anaeròbica només obté l'energia de la fase citosòlica, la respiració cel·lular completa aprofita l'oxidació total de la matriu i la fosforilació oxidativa.

Vies catabòliques Degradació i obtenció d'energia Glicòlisi Glucosa cap a piruvat Glicogenòlisi Degradació del glicogen Vies anabòliques Biosíntesi i emmagatzematge Gluconeogènesi Síntesi de glucosa no glucídica Glicogènesi Formació de glicogen de reserva FADH 2 H+ Bioquímica: biomolècules, aigua i rutes metabòliques UdG 26 Condició metabòlica Destí final del carboni Acceptor final d'electrons Rendiment net per glucosa Glicòlisi anaeròbica Lactat (animals) o Etanol + (lleviats) Molècula orgànica endògena (piruvat/acetaldehid) 2 ATP Respiració cel·lular aeròbica completament oxidat Oxigen molecular ( ) 36 - 38 ATP Davant situacions de dejuni o necessitat metabòlica, l'organisme pot revertir el sentit global del carboni mitjançant la gluconeogènesi.

Aquesta via anabòlica sintetitza noves molècules de glucosa a partir de substrats que no són carbohidrats: lactat, piruvat, glicerol (provinent de la degradació de triacilglicerols; vegeu «Lípids — Classificació, membranes biològiques i metabolisme lipídic»), certs aminoàcids (vegeu «Proteïnes — Estructura, funcions biològiques i degradació del nitrogen») i qualsevol intermediari del cicle de Krebs capaç de canalitzar carbonis cap a la via.

Finalment, els dipòsits de reserva de glicogen presenten una clara especialització funcional segons el teixit on es localitzen: Glicogen hepàtic: Els processos de síntesi i degradació al fetge estan destinats a regular la concentració de glucosa sanguínia (homeòstasi glucèmica) per cobrir els requeriments integrals de tot el cos. Glicogen muscular: Actua com un dipòsit exclusiu i restringit a proveir energia immediata per a les contraccions de la mateixa fibra muscular. COMPROVA-HO 37 Quina diferència funcional existeix entre el glicogen emmagatzemat al fetge i el del múscul esquelètic? IDEES CLAU La glicòlisi transforma citosòlicament una molècula de glucosa en dues de piruvat, produint i .

En absència d'oxigen, la fermentació làctica o alcohòlica permet reoxidar el NADH a sense produir ATP addicional. El cicle de Krebs a la matriu mitocondrial oxida l'acetil-CoA produint , ATP, NADH i . La fosforilació oxidativa empra el transport d'electrons cap a l' per establir un gradient de protons que l'ATP sintasa converteix en ATP. El balanç energètic complet d'una molècula de glucosa és de en condicions aeròbiques, enfront de només en anaerobiosi. La gluconeogènesi regenera glucosa a partir de lactat, piruvat, glicerol i aminoàcids; el glicogen del fetge manté la glucèmia general mentre que el del múscul és d'ús estrictament intern.

CO 2 CO 2 O 2 2 ATP 2 NADH NAD+ CO 2 FADH 2 O 2 36 a 38 ATP 2 ATP Bioquímica: biomolècules, aigua i rutes metabòliques UdG 27 COMPROVA EL QUE HAS APRÈS 38. Quin és l'objectiu fonamental de reduir el piruvat a lactat en condicions anaeròbiques? 39. Com aprofiten els animals que hivernen el gradient electroquímic de protons sense produir ATP addicional? 40. Per quina raó el rendiment aeròbic de la glucosa és de mentre que l'anaeròbic és només de ? Test Encercla la resposta correcta. Les solucions són al final. 41. Quin compost es redueix per formar lactat durant la fermentació làctica? 42. Quin és el balanç net d'ATP obtingut per molècula de glucosa degradada exclusivament per via anaeròbica?

43. Com s'anomena la síntesi cel·lular de glucosa a partir de precursors com el lactat o el glicerol? 44. En què es transforma l'energia del gradient de protons si aquests no passen per l'ATP sintasa? 36–38 ATP 2 ATP Piruvat a) Etanol b) Glucosa-6-fosfat c) Acetil-CoA d) 36 a 38 ATP a) 30 ATP b) 4 ATP c) 2 ATP d) Glicogènesi a) Glicogenòlisi b) Glicòlisi c) Gluconeogènesi d) Lactat a) Glucosa b) Calor c) NADH d) Bioquímica: biomolècules, aigua i rutes metabòliques UdG 28 5 Lípids — Classificació, membranes biològiques i metabolisme lipídic EN ACABAR SABRÀS Distingir les característiques estructurals dels àcids grassos, triacilglicerols i fosfolípids.

Comparar les funcions biològiques del teixit adipós blanc i marró. Descriure les etapes clau de la lipòlisi, activació, transport per carnitina i beta-oxidació mitocondrial. Diferenciar les rutes de transport de lípids per quilomicrons i VLDL entre l'estat alimentat i el dejuni. PENSA-HI ABANS DE LLEGIR 45 Per què els greixos representen un magatzem energètic molt més eficient i concentrat que els carbohidrats com el glicogen? Els lípids constitueixen un conjunt heterogeni de biomolècules definides per la seva solubilitat: són insolubles en aigua, però solubles en dissolvents orgànics apolars com l'èter, l'acetona o el cloroform.

Aquesta baixa afinitat hídrica, relacionada amb l'efecte hidròfob (vegeu «L'aigua, propietats fisicoquímiques, osmolaritat i equilibri àcid-base»), fa que funcionin com a reserva energètica compacta, com a aïllant tèrmic enfront de la pèrdua de calor i com a protecció mecànica amortidora d'òrgans viscerals.

ESQUEMA Classificació general dels lípids i funcions Lípids Biomolècules hidròfobes o amfipàtiques Triacilglicerols Èsters de glicerol, reserva energètica Teixit adipós blanc Gota lipídica única per emmagatzematge Teixit adipós marró Gotetes disperses per a termogènesi Fosfolípids Bicapes i membranes cel·lulars Esterols i ceres Colesterol, hormones i cobertes Bioquímica: biomolècules, aigua i rutes metabòliques UdG 29 Àcids grassos i triacilglicerols Els àcids grassos són cadenes hidrocarbonades que posseeixen un grup carboxil terminal. Es classifiquen segons els seus enllaços carboni-carboni: Àcids grassos saturats: no presenten cap enllaç doble a la seva cadena hidrocarbonada.

Àcids grassos insaturats: contenen com a mínim un doble enllaç a la seva estructura. Esquema d'estructures químiques d'àcids grassos saturats i insaturats. Els triacilglicerols (o triglicèrids) són la forma principal d'emmagatzematge gras en els mamífers. La seva arquitectura consisteix en tres molècules d'àcids grassos unides mitjançant enllaços èster a una molècula de glicerol, alliberant aigua durant la reacció. Tot i que els àcids grassos lliures mostren un caràcter amfipàtic pel seu extrem carboxílic, l'esterificació elimina la capacitat de formar ponts d'hidrogen (vegeu «L'aigua, propietats fisicoquímiques, osmolaritat i equilibri àcid-base»).

Per aquest motiu, els triacilglicerols són molècules completament hidròfobes. DEFINICIÓ Un triacilglicerol és un lípid neutre i apolar format per l'esterificació de tres àcids grassos amb els tres grups hidroxil del glicerol, optimitzat per acumular combustible metabòlic anhidre. La manca d'aigua associada permet condensar molta energia en un volum mínim. Els triacilglicerols amb predomini d'enllaços simples ofereixen una concentració energètica superior.

Segons la funció biològica de l'adipòcit, el dipòsit varia: Bioquímica: biomolècules, aigua i rutes metabòliques UdG 30 Tipus de teixit adipós Organització lipídica cel·lular Funció metabòlica Teixit adipós blanc Gota lipídica única de gran mida que desplaça el citosol. Reserva energètica centralitzada i aïllament mecànic/tèrmic. Teixit adipós marró Nombroses gotetes o vesícules lipídiques disperses. Producció directa de calor (termogènesi, rellevant en hibernació). COMPROVA-HO 46 Per quina raó un triacilglicerol és completament hidròfob si prové d'àcids grassos amfipàtics?

Fosfolípids, colesterol i altres lípids estructurals Els fosfolípids s'assemblen als triacilglicerols, però una o més unitats hidroxil del glicerol s'esterifiquen amb àcid fosfòric en lloc d'un àcid gras. Aquesta organització confereix una naturalesa clarament amfipàtica: un cap polar hidròfil i dues cues hidrocarbonades apolars hidròfobes. En medi aquós formen bicapes lipídiques de les membranes biològiques, així com micel·les i liposomes artificials bicapa capaços de compartimentar solucions aquoses interiors. El colesterol és un alcohol esteroide (esterol) present a totes les membranes cel·lulars animals, on regula i atorga rigidesa estructural.

A més, actua com a precursor químic essencial en la síntesi de la vitamina D i d'hormones esteroides (estradiol, progesterona i testosterona). Dins d'altres categories lipídiques trobem: Ceres: mescles de cadenes hidrocarbonades llargues i no polars, consistents en èsters d'un àcid gras de cadena llarga amb un alcohol diferent del glicerol. Tenen punts de fusió generalment per sobre dels 40 °C. Formen cobertes impermeabilitzants com la cutina a les fulles i fruits, o ceres a ruscos d'abelles, insectes, la pell o l'espermaceti del catxalot. Vitamines liposolubles: compostos solubles en greixos que inclouen les vitamines D, E i K.

COMPROVA-HO 47 Quina conseqüència funcional té la presència de colesterol en les membranes plasmàtiques dels animals? Catabolisme lipídic: lipòlisi i beta-oxidació En situacions de necessitat energètica o períodes de dejuni, els triacilglicerols del teixit adipós s'hidrolitzen en àcids grassos i glicerol mitjançant lipases cel·lulars. Aquest procés anomenat lipòlisi rep regulació hormonal: Estimuladors: l'adrenalina (epinefrina) i el glucagó indueixen l'activitat de les lipases. Inhibidors: la insulina atura la degradació de triacilglicerols. Els àcids grassos lliures alliberats a la sang són insolubles i viatgen associats a l'albúmina sèrica cap a teixits com el múscul.

A l'interior cel·lular s'activen en acil-CoA i són introduïts a la matriu mitocondrial mitjançant el sistema transportador de la L-carnitina. Bioquímica: biomolècules, aigua i rutes metabòliques UdG 31 A la matriu té lloc la beta-oxidació, un procés catabòlic consistent en una seqüència repetitiva de 4 reaccions oxidatives. A cada volta s'escurça la cadena hidrocarbonada alliberant: ERROR FREQÜENT No confongueu el transport sanguini d'àcids grassos lliures amb el de triacilglicerols. Els àcids grassos lliures circulen transportats per l'albúmina plasmàtica, mentre que els triacilglicerols, el colesterol i els fosfolípids viatgen empaquetats a l'interior de lipoproteïnes globulars.

COMPROVA-HO 48 Quines molècules directes s'obtenen a cadascun dels cicles de 4 passos de la beta-oxidació mitocondrial? Lipogènesi, lipoproteïnes i adaptació metabòlica La lipogènesi és la ruta de síntesi de triacilglicerols a partir de precursors com la glucosa, ocorreguda majoritàriament al fetge. Els àcids grassos formats s'esterifiquen i s'empaqueten juntament amb apolipoproteïnes: Diagrama de la síntesi i secreció hepàtica de lipoproteïnes VLDL.

El transport de lípids pel torrent sanguini requereix partícules específiques anomenades lipoproteïnes: Quilomicrons: s'acoblen a les cèl·lules epitelials de l'intestí a partir de micel·les d'àcids grassos absorbits i transporten els lípids exògens provinents de la dieta. VLDL (lipoproteïnes de molt baixa densitat): es formen al fetge per repartir els lípids endògens sintetitzats cap als adipòcits i altres teixits. Una unitat d'acetil-CoA (que s'incorpora al cicle de Krebs; vegeu «Metabolisme dels glúcids i respiració cel·lular»). 1 Un transportador reduït NADH i un (vegeu «Introducció cel·lular, energia i bioenergètica»), que cedeixen electrons a la cadena respiratòria per generar ATP.

2 FADH 2 Bioquímica: biomolècules, aigua i rutes metabòliques UdG 32 Situació fisiològica Vies metabòliques actives Destinació dels lípids Estat alimentat (postprandial) Absorció intestinal, lipogènesi hepàtica i secreció de VLDL i quilomicrons. Captació i emmagatzematge en forma de triacilglicerols al teixit adipós. Estat de dejuni Lipòlisi adiposa (adrenalina/glucagó), transport per albúmina i beta- oxidació. Oxidació hepàtica a i generació de cossos cetònics com a font d'energia alternativa. IDEES CLAU Els lípids són insolubles en aigua i actuen com a reserva energètica densa, aïllant tèrmic i protecció mecànica visceral.

Els triacilglicerols són formats per glicerol i tres àcids grassos; són completament hidròfobs i s'emmagatzemen en adipòcits blancs o marrons. Els fosfolípids són molècules amfipàtiques que constitueixen la base de les bicapes cel·lulars, liposomes i micel·les. El colesterol aporta rigidesa a les membranes animals i actua com a precursor d'hormones esteroides i de la vitamina D. La lipòlisi allibera àcids grassos que viatgen amb albúmina i requereixen L-carnitina per entrar al mitocondri i fer la beta-oxidació. Els quilomicrons transporten lípids de la dieta i les VLDL lípids hepàtics endògens; durant el dejuni perllongat el fetge sintetitza cossos cetònics. COMPROVA EL QUE HAS APRÈS 49.

En què es diferencia l'emmagatzematge lipídic del teixit adipós blanc respecte del teixit adipós marró? 50. Quin paper desenvolupen la L-carnitina i l'albúmina en el destí catabòlic dels àcids grassos? Test Encercla la resposta correcta. Les solucions són al final. 51. Quina molècula és el precursor fonamental per a la síntesi d'hormones esteroides com l'estradiol i la testosterona? CO 2 La L-carnitina a) El glicerol b) La cutina c) El colesterol d) Bioquímica: biomolècules, aigua i rutes metabòliques UdG 33 52. Quina hormona inhibeix la lipòlisi al teixit adipós promovent l'emmagatzematge de triacilglicerols? 53.

Com viatgen els àcids grassos lliures insolubles pel torrent sanguini cap als teixits perifèrics? 54. Quin producte es genera al fetge durant el dejuni per oxidació parcial d'àcids grassos?

6 Proteïnes — Estructura, funcions biològiques i degradació del nitrogen EN ACABAR SABRÀS Distingir l'estructura general dels aminoàcids i la quiralitat dels L-enantiòmers Explicar la formació i la rigidesa geomètrica de l'enllaç peptídic Diferenciar els quatre nivells d'organització estructural i les formes fibrosa i globular Descriure el catabolisme d'aminoàcids des de la desaminació fins a l'excreció pel cicle de la urea PENSA-HI ABANS DE LLEGIR 55 Com aconsegueix el cos humà desfer-se del nitrogen tòxic quan es descomponen les proteïnes per obtenir energia? Les proteïnes són macromolècules essencials formades per cadenes lineals d'aminoàcids unides mitjançant enllaços peptídics.

Aquests biopolímers desenvolupen una varietat extraordinària de funcions estructurals, catalítiques i reguladores fonamentals per als éssers vius. L'adrenalina a) La insulina b) L'epinefrina c) El glucagó d) Units a l'albúmina a) Dins de quilomicrons b) Com a micel·les lliures c) Integrats en VLDL d) Quilomicrons intestinals a) Glicogen muscular b) Cossos cetònics c) Vitamina E d) Bioquímica: biomolècules, aigua i rutes metabòliques UdG 34 ESQUEMA Organització de l'estudi de les proteïnes 1.

Els aminoàcids: blocs constructors de les proteïnes Un aminoàcid és una molècula orgànica que conté un carboni central (anomenat ) enllaçat a quatre substituents: un grup amino ( , habitualment amina primària), un grup carboxil (-COOH), un àtom d'hidrogen ( ) i una cadena lateral variable denominada residu o grup R. DEFINICIÓ Existeixen 20 aminoàcids comuns que formen part de les proteïnes. La naturalesa química del grup variable R determina les seves propietats i permet classificar-los en no polars (hidrofòbics) o polars (hidrofílics, que poden ser neutres o presentar càrrega elèctrica neta).

Com que el carboni està unit a quatre substituents diferents en dinou dels vint aminoàcids, constitueix un centre quiral o asimètric. L'única excepció és la glicina, la cadena lateral de la qual és un simple hidrogen, fet que la fa aquiral. En comparació amb la molècula patró del gliceraldehid, els aminoàcids poden existir com a enantiòmers D o L. A la natura, pràcticament tots els aminoàcids que formen proteïnes pertanyen a la sèrie L. Des d'una perspectiva nutricional i metabòlica, distingim dues categories d'aminoàcids: Aminoàcids no essencials: aquells que l'organisme pot sintetitzar de manera autònoma a través de vies metabòliques internes.

Aminoàcids essencials: aquells que les cèl·lules humanes no poden produir i que han de ser incorporats obligatòriament a través de la dieta. Estructura química Aminoàcids i enllaç peptídic 20 L-aminoàcids Carboni alfa, amino, carboxil i R Enllaç peptídic Condensació i pla rígid Nivells d'organització Des de la seqüència a l'oligòmer Primària i secundària Seqüència, alfa-hèlix i fulla beta Terciària i quaternària Forma tridimensional funcional i subunitats Destí catabòlic Degradació del nitrogen i esquelet Cetoàcids Energia i cossos cetònics Cicle de la urea Excreció hepatorrenal del nitrogen carboni α NH 2 H α Bioquímica: biomolècules, aigua i rutes metabòliques UdG 35 2.

L'enllaç peptídic Els aminoàcids s'enllacen mitjançant una reacció química de condensació o deshidratació. En aquest procés, el grup carboxil d'un aminoàcid reacciona amb el grup amino del següent, alliberant una molècula d'aigua ( ) i establint una unió covalent coneguda com a enllaç peptídic. Esquema de formació de l'enllaç peptídic per reacció de deshidratació. Segons el nombre d'unitats unides, parlem de pèptids quan la cadena conté menys de 100 aminoàcids ( ) i de proteïnes quan en supera el centenar ( ). Els grups implicats en l'esquelet dels enllaços peptídics poden establir ponts d'hidrogen entre si (vegeu «L'aigua, propietats fisicoquímiques, osmolaritat i equilibri…