Bioquímica UdG: biomolècules, bioenergètica i rutes metabòliques

I 0 flashcards i 9 preguntes més al document.

Text del document

APUNTS BIOQUÍMICA Grau en Fisioteràpia Universitat de Girona AprenAI 2026-2027 Apunts de Bioquímica de la UdG: estructura de glúcids, lípids i proteïnes, rutes catabòliques, respiració cel·lular i el cicle de la urea pas a pas.

APREN.AI Índex 1 Bases moleculars i bioenergètica de la matèria viva Composició química i organització de la matèria viva Enllaços químics i interaccions moleculars Polímers i monòmers en la nutrició cel·lular Compartimentació cel·lular de les reaccions Bioenergètica i flux d'energia a la biosfera Metabolisme, poder reductor i transferència d'energia L'ATP com a moneda energètica cel·lular 2 L'aigua, l'equilibri àcid-base i l'òsmosi Estructura molecular i propietats de l'aigua Balanç hídric i manifestacions de la deshidratació Concepte de pH i el tampó hidrogencarbonat sanguini Mecanismes d'òsmosi i resposta eritrocitària 3 Els minerals en la fisiologia humana Classificació: macrominerals i microminerals Metalls traça i no metalls traça Dèficits de microminerals El ferro i el grup hemo 4 Estructura dels glúcids: monosacàrids, disacàrids i polisacàrids 1.

Concepte químic i funcions biològiques 2. Monosacàrids: estructura, estereoisomeria i ciclació 3. L'enllaç O-glicosídic i els disacàrids 4. Polisacàrids de reserva: glucogen i midó 5 Metabolisme dels glúcids i respiració cel·lular 1. Visió integradora del metabolisme dels glúcids 2. La glucòlisi: etapes i balanç bioenergètic 3. Destins del piruvat: anaerobiosi, isoenzims de LDH i fermentacions 4. Destí aeròbic: el cicle de Krebs i la respiració cel·lular 5. Vies anabòliques i de reserva: gluconeogènesi i glucogen 6 Estructura dels lípids i membranes biològiques 1. Propietats generals i densitat energètica 2. Àcids grassos: estructura, isomerisme i nomenclatura 3.

Triglicèrids: reservori energètic fonamental 4. Fosfolípids i autoassemblatge en estructures de membrana 5. Esfingolípids, esterols i ceres Bioquímica UdG: biomolècules, bioenergètica i rutes metabòliques 1 7 Metabolisme dels lípids i transport lipídic 1. Mobilització de reserves lipídiques: la lipòlisi en dejú 2. La beta-oxidació mitocondrial dels àcids grassos 3. Cetogènesi hepàtica i utilització cel·lular 4. Síntesi d'àcids grassos (lipogènesi) i de triglicèrids en sacietat 5. Transport sistèmic de lípids: estructura i classes de lipoproteïnes 8 Estructura dels aminoàcids i organització de les proteïnes 1. Estructura bàsica i estereoquímica dels aminoàcids 2.

Classificació química i comportament àcid-base 3. L'enllaç peptídic i l'estructura primària 4. Nivells secundari, terciari i quaternari de plegament 9 Catabolisme dels aminoàcids i el cicle de la urea Renovació proteica i el repte del nitrogen Destí dels esquelets carbonats: aminoàcids glucogènics i cetogènics Processament perifèric del nitrogen i transport cap al fetge El cicle de la urea hepàtic pas a pas 10 Resum per repassar Bases químiques, aigua i bioenergètica Glúcids i el seu metabolisme Lípids i el seu metabolisme 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 UdG: biomolècules, bioenergètica i rutes metabòliques 2 1 Bases moleculars i bioenergètica de la matèria viva EN ACABAR SABRÀS Distingir entre els enllaços covalents i les forces febles no covalents en els sistemes biològics. Diferenciar les rutes metabòliques segons la seva localització entre el citosol i el mitocondri. Comparar les implicacions energètiques de l'oxidació completa enfront de l'oxidació parcial. Identificar els coenzims redox en el seu estat oxidat i reduït dins del catabolisme i l'anabolisme.

PENSA-HI ABANS DE LLEGIR 1 Com s'obté l'energia mecànica per moure un múscul a partir d'un glúcid de la dieta? La bioquímica estudia la composició química dels éssers vius i els processos que permeten la transformació de la matèria i l'energia necessàries per al manteniment de la vida. ESQUEMA Estructura general de la bioquímica cellular Composició química i organització de la matèria viva La matèria viva està constituïda per elements químics coneguts com a bioelements primaris, els quals representen aproximadament el 99% de la massa cel·lular total.

Dins d'aquest grup trobem el carboni (C), l'hidrogen (H), l'oxigen (O), el nitrogen (N), el fòsfor (P) i el sofre (S), juntament amb el magnesi (Mg), el clor (Cl), el potassi (K) i el sodi (Na). L'àtom de carboni és l'eix estructural bàsic de les molècules biològiques. La seva capacitat d'establir quatre enllaços covalents estables li permet generar cadenes i estructures tridimensionals complexes. Juntament amb l'oxigen i l'hidrogen, el carboni constitueix la meitat de la massa de la matèria orgànica. Encara que altres elements es trobin en proporcions inferiors, la seva funció biològica resulta igualment indispensable.

Aquests elements es combinen per formar les biomolècules, que es divideixen tradicionalment en dues grans categories: Bases moleculars Composició atòmica i enllaços Bioelements primaris CHONPS i ions principals Interaccions moleculars Enllaços covalents i febles Bioenergètica Flux d'energia i transformacions Metabolisme redox Catabolisme i anabolisme ATP i intermediaris Moneda d'intercanvi d'energia Bioquímica UdG: biomolècules, bioenergètica i rutes metabòliques 3 Tipus de biomolècula Exemples principals Inorgàniques Aigua, sals minerals Orgàniques Glúcids, lípids, proteïnes, àcids nucleics Enllaços químics i interaccions moleculars L'estabilitat i la funció de les estructures biològiques depenen de diferents tipus d'unions químiques: Enllaç covalent: unió forta on dos àtoms comparteixen parells d'electrons.

Requereix una gran quantitat d'energia tant per formar-se com per trencar-se. Manté cohesionats els àtoms dins d'una mateixa molècula. Interaccions febles no covalents: unions que requereixen menys energia i participen en el reconeixement molecular i l'estabilització reversible d'estructures. Entre elles destaquen les interaccions iòniques (com la unió entre el sodi i el clorur), els ponts d'hidrogen (essencials, per exemple, per mantenir unides les dues cadenes de la doble hèlix de l'ADN) i les forces de van der Waals.

Segons la seva distribució de càrrega, les molècules presenten propietats físiques particulars: Molècules polars o hidrofíliques: tenen afinitat per l'aigua i interactuen mitjançant forces dipol- dipol. Molècules apolars o hidrofòbiques: no tenen afinitat per l'aigua i s'associen entre si mitjançant forces de dispersió. Un exemple quotidià d'aquesta diferència és la manca de barreja espontània entre l'aigua i l'oli, condicionada per les interaccions febles diferencials entre compostos polars i apolars. COMPROVA-HO 2 Quina diferència funcional existeix entre l'enllaç covalent i les forces febles en una macromolècula com l'ADN?

Polímers i monòmers en la nutrició cel·lular Les grans macromolècules orgàniques estan organitzades en forma de polímers constituïts per unitats repetitives més simples anomenades monòmers: Polímer Monòmer corresponent Proteïna Aminoàcid Àcid nucleic Nucleòtid Polisacàrid Monosacàrid Les cèl·lules no poden absorbir directament els polímers grans de la dieta. Durant la digestió, enzims específics trenquen els enllaços covalents que uneixen aquests polímers fins a alliberar els monòmers.

Un cop alliberats, la cèl·lula incorpora els monòmers (com monosacàrids o aminoàcids) al citosol per Bioquímica UdG: biomolècules, bioenergètica i rutes metabòliques 4 incorporar-los a les seves rutes metabòliques. Compartimentació cel·lular de les reaccions Les reaccions bioquímiques es troben espacialment organitzades dins de la cèl·lula: Citosol: és la fracció aquosa semifluida del citoplasma lliure d'orgànuls i de nucli. Envolta els orgànuls i pot arribar a constituir més de la meitat del volum de les cèl·lules animals (mentre que en les cèl·lules vegetals madures gran part del volum està ocupat pels vacúols). En aquest medi aquós tenen lloc diverses rutes metabòliques inicials.

Mitocondri: orgànul envoltat per una doble membrana (membrana mitocondrial externa i membrana mitocondrial interna). L'espai situat entre ambdues és l'espai intermembranós, mentre que la cavitat interna s'anomena matriu mitocondrial. Dins de la matriu té lloc el cicle de Krebs (àcids tricarboxílics o TCA) i la beta-oxidació dels àcids grassos. La membrana mitocondrial interna conté els complexos de la cadena transportadora d'electrons per dur a terme la fosforilació oxidativa (OXPHOS). A més de sintetitzar energia química, el mitocondri pot derivar fluxos a través d'altres canals per contribuir al manteniment de la temperatura corporal.

COMPROVA-HO 3 En quin compartiment cel·lular es troba la cadena de transport d'electrons i en quin el cicle de Krebs? Bioenergètica i flux d'energia a la biosfera Segons la forma d'obtenció de matèria i energia, els organismes es classifiquen en: Organismes autòtrofs: com les plantes, les algues i certs bacteris. Elaboren la seva pròpia matèria orgànica a partir d'elements inorgànics com el diòxid de carboni ( ) i l'aigua ( ), utilitzant com a font energètica la radiació solar mitjançant la fotosíntesi. Organismes heteròtrofs: com els animals.

Incapaços d'utilitzar fonts inorgàniques com el per obtenir energia directa, depenen de l'oxidació de la matèria orgànica prèviament sintetitzada pels autòtrofs. L'oxidació d'aquests compostos allibera i aigua, que retornen al medi ambient. EQUIVALÈNCIA D'UNITATS ENERGÈTIQUES En el metabolisme energètic s'utilitzen habitualment dues unitats de mesura: L'energia alliberada procedeix del trencament dels enllaços químics dels nutrients orgànics quan són sotmesos a processos d'oxidació.

L'oxidació de la matèria orgànica pot ocórrer per dues vies principals: Paràmetre Oxidació completa (respiració cel·lular) Oxidació parcial (fermentació) Productes finals Matèria inorgànica ( i ) Compost orgànic (per exemple, lactat) CO 2 H O 2 CO 2 CO 2 1 kcal = 1.000 cal 4,18 kJ CO 2 H O 2 Bioquímica UdG: biomolècules, bioenergètica i rutes metabòliques 5 Paràmetre Oxidació completa (respiració cel·lular) Oxidació parcial (fermentació) Rendiment energètic Molt elevat (màxima energia lliure alliberada) Reduït (menor rendiment d'energia útil) Destí dels àtoms Descomposició total de l'esquelet carbonat Es conserva part de l'estructura orgànica Metabolisme, poder reductor i transferència d'energia El conjunt de transformacions químiques cel·lulars conforma el metabolisme, integrat per dues branques interconnectades: Catabolisme: procés degradatiu i oxidatiu en què es transfereixen electrons i hidrògens dels substrats cap als acceptors.

Genera energia lliure (emmagatzemada en forma d'ATP) i poder reductor. Com més àtoms d'hidrogen conté un compost (estat més reduït), més gran és la quantitat d'energia que pot alliberar en oxidar-se; per aquesta raó, els àcids grassos aporten més calories que els glúcids. Anabolisme: via de síntesi que requereix una aportació neta d'energia (consum d'ATP) i d'electrons o hidrògens (requereix poder reductor) per produir molècules complexes. Esquema de l'acoblament energètic entre el catabolisme exergònic i els processos anabòlics cel·lulars. Les reaccions redox biològiques requereixen intermediaris capaços de transportar hidrògens i electrons.

Aquests intermediaris són molècules que adquireixen o cedeixen poder reductor: Estat oxidat (captadors d'electrons i hidrògens): i FAD. Estat reduït (donadors d'electrons i hidrògens): i . NAD+ NADH + H+ FADH 2 Bioquímica UdG: biomolècules, bioenergètica i rutes metabòliques 6 ERROR FREQÜENT Un error molt habitual és confondre quin estat molecular posseeix els electrons: el és la forma oxidada (necessita guanyar electrons per reduir-se), mentre que el és la forma reduïda (té poder reductor emmagatzemat i el transferirà en desprendre's dels seus electrons i protons).

L'ATP com a moneda energètica cel·lular L'adenosina trifosfat (ATP) és la molècula intermediària fonamental en la transferència d'energia dins de la cèl·lula. Està formada pel nucleòtid adenina unit a una ribosa i tres grups fosfat encadenats. Les cèl·lules no poden utilitzar de forma directa l'energia tèrmica ni l'energia química bruta dels nutrients per executar processos com la contracció muscular. Quan els nutrients s'oxiden, la seva energia lliure es transfereix per sintetitzar ATP a partir d'ADP i fosfat inorgànic ( ).

La hidròlisi dels enllaços fosfat de l'ATP allibera al voltant de 7.300 calories per mol en condicions estàndard, proporcionant l'energia immediata que impulsa el treball cel·lular: la contracció de les fibres musculars, les rutes de biosíntesi anabòlica i el transport actiu de substàncies a través de la membrana plasmàtica. COMPROVA-HO 4 Per què els àcids grassos alliberen més quantitat de quilocalories per gram que els monosacàrids en ser oxidats? IDEES CLAU Els bioelements primaris (CHONPS, Mg, Cl, K, Na) formen la base química dels éssers vius, articulats pel carboni.

Els enllaços covalents mantenen unides les molècules, mentre que les interaccions febles permeten el reconeixement i l'associació reversible. El catabolisme oxida els nutrients per obtenir ATP i transportadors reduïts ( , ), que alimenten l'anabolisme. La respiració cel·lular oxida completament la matèria orgànica fins a i , mentre que la fermentació produeix una oxidació parcial. La hidròlisi de l'ATP actua com a intermediari energètic fonamental per a la feina mecànica, química i de transport cel·lular. NAD+ NADH + H+ P i ATP ADP + P ( i 7.300 calories) NADH + H+ FADH 2 CO 2 H O 2 Bioquímica UdG: biomolècules, bioenergètica i rutes metabòliques 7 COMPROVA EL QUE HAS APRÈS 5.

Quina és la diferència principal pel que fa als productes finals entre la respiració i la fermentació de la glucosa? 6. A quina quantitat de quilojoules equival exactament segons el factor de conversió estàndard? Test Encercla la resposta correcta. Les solucions són al final. 7. Quin tipus d'enllaç uneix els àtoms dins d'un monòmer i requereix gran energia per trencar- se? 8. En quin compartiment cel·lular té lloc específicament el cicle de Krebs? 9. Com actua el coenzim NAD+ en les rutes metabòliques? 10. Quina és la font energètica primària que utilitzen els organismes autòtrofs per fixar la matèria?

2 L'aigua, l'equilibri àcid-base i l'òsmosi EN ACABAR SABRÀS Distingir les conseqüències fisiològiques de la deshidratació segons el percentatge de pes perdut. Calcular i interpretar el pH a partir de la concentració d'ions d'hidrogen. Explicar com el parell diòxid de carboni / hidrogencarbonat regula l'acidesa sanguínia. Preveure el comportament osmòtic i la integritat dels eritròcits en diferents medis aquosos.

1 kcal Interacció hidrofòbica a) Enllaç covalent b) Pont d'hidrogen c) Força de van der Waals d) Citosol a) Espai intermembranós mitocondrial b) Matriu mitocondrial c) Membrana mitocondrial externa d) Com a forma reduïda rica en energia a) Com a molècula de reserva de fosfat b) Com a agent oxidant que guanya electrons c) Com a donador d'electrons oxidat d) Oxidació de glucosa a) Llum solar b) Hidròlisi de lactat c) Calor geotèrmica d) Bioquímica UdG: biomolècules, bioenergètica i rutes metabòliques 8 PENSA-HI ABANS DE LLEGIR 11 Per què beure exclusivament aigua destil·lada en grans quantitats podria posar en perill els glòbuls vermells?

Estructura molecular i propietats de l'aigua L'aigua és indispensable per a la vida malgrat que no aporta energia metabòlica directa. En estat líquid es comporta com un fluid condensat i incompressible. Cada molècula està formada per un àtom d'oxigen unit a dos àtoms d'hidrogen mitjançant enllaços covalents (vegeu «Bases moleculars i bioenergètica de la matèria viva»). Esquema de la geometria angular de la molècula d'aigua. La distribució dels electrons compartits no és equitativa: l'oxigen atrau els electrons amb més força cap a si mateix. Aquesta asimetria genera una densitat de càrrega parcial negativa sobre l'oxigen i càrregues parcials positives sobre els hidrògens.

Encara que la molècula no té càrrega neta global, aquest repartiment converteix l'aigua en un dipol elèctric. Diagrama de la formació d'un pont d'hidrogen entre dues molècules. Gràcies a aquesta polaritat, la regió positiva d'un hidrogen interacciona electroestàticament amb la regió negativa de l'oxigen d'una molècula contigua. Aquesta unió rep el nom de pont d'hidrogen. Aquestes interaccions condicionen l'estat físic: Estat sòlid (gel): Les molècules mantenen distàncies fixes i màximes interaccions, organitzant-se en una estructura cristal·lina rígida i ordenada.

Bioquímica UdG: biomolècules, bioenergètica i rutes metabòliques 9 Estat líquid: Els ponts d'hidrogen es formen i es trenquen constantment a gran velocitat, generant xarxes moleculars dinàmiques i irregulars. Com a dissolvent universal, l'aigua dissol fàcilment espècies iòniques i substàncies polars mitjançant forces iòniques, ponts d'hidrogen i forces de van der Waals. En canvi, les molècules apolars no poden formar ponts d'hidrogen amb ella i en queden excloses per efecte hidrofòbic. Les molècules amfipàtiques s'autoorganitzen amagant els seus dominis hidrofòbics cap a l'interior i exposant les zones hidrofíliques cap a l'exterior, donant lloc a micel·les, liposomes o bicapes biològiques.

Balanç hídric i manifestacions de la deshidratació El cos humà no disposa d'un reservori específic per emmagatzemar aigua, per la qual cosa requereix un recanvi continu. L'aigua és el nutrient amb el flux diari d'ingesta i excreció més elevat: un adult sense activitat física intensa en renova aproximadament el 4% del pes corporal al dia, mentre que en infants la renovació diària assoleix vora el 15% del pes corporal. La manca d'aportament hídric sostingut redueix ràpidament el volum corporal i compromet les funcions vitals bàsiques: Pèrdua del 2% de massa corporal: disminució objectiva del rendiment físic i de la capacitat de competició.

Pèrdua del 5% de massa corporal: aparició de rampes musculars intenses i sensació d'esgotament físic generalitzat. Pèrdua del 7% al 10% de massa corporal: al·lucinacions, risc d'infart cardíac, estat de xoc, coma i mort. COMPROVA-HO 12 Per què els infants tenen un risc més elevat de deshidratació greu en comparació amb els adults? Concepte de pH i el tampó hidrogencarbonat sanguini El pH mesura el grau d'acidesa d'un medi a partir de la concentració d'ions d'hidrogen lliures ( o hidrogenions).

Es defineix mitjançant l'expressió matemàtica: L'escala de referència a estableix els paràmetres següents: Tipus de dissolució Relleu d'ions Valor de pH Neutra Àcida Bàsica (alcalina) H+ pH = log [H ] = 10 + log 10 [H ] + 1 25 C [H ] = + [OH ] pH = 7 [H ] > + [OH ] pH < 7 [H ] < + [OH ] pH > 7 Bioquímica UdG: biomolècules, bioenergètica i rutes metabòliques 10 Un àcid allibera hidrogenions quan es dissol en aigua, fent caure el pH. Per contra, una base disminueix la concentració d'hidrogenions lliures, fet que fa pujar el pH cap a valors alcalins. A la sang cal mantenir el pH estrictament estabilitzat per evitar la degradació o desnaturalització de les molècules circulants.

El principal sistema tampó extracel·lular és el parell diòxid de carboni / àcid carbònic / hidrogencarbonat: L'acumulació de desplaça l'equilibri químic cap a la dreta, generant àcid carbònic ( ) que es dissocia en hidrogencarbonat ( ) i allibera protons ( ), acidificant la sang. D'aquesta manera, la concentració sanguínia de diòxid de carboni regula de forma directa el nivell de protons lliures i, en conseqüència, el pH del torrent circulatori.

PROCÉS Dinàmica de l'acidificació sanguínia per CO 1 Acumulació de CO Increment del gas dissolt al torrent sanguini 2 Formació d'àcid carbònic Reacció amb H O per generar H CO 3 Dissociació en hidrogenions Alliberament de protons H i hidrogencarbonat 4 Davallada del pH Augment de l'acidesa global de la sang ERROR FREQÜENT Confondre l'efecte de l'acumulació de diòxid de carboni: l'augment de a la sang mai alcalinitza el medi; al contrari, en reaccionar amb l'aigua produeix més protons lliures i fa davallar el valor numèric del pH sanguini.

Mecanismes d'òsmosi i resposta eritrocitària La difusió passiva és el desplaçament net i espontani de partícules des d'un medi amb més concentració cap a un altre de menor concentració a través d'una barrera permeable, sense cap despesa d'energia. Quan dues dissolucions de diferent concentració de soluts estan delimitades per una membrana semipermeable (que deixa travessar el dissolvent aquós però reté els soluts), té lloc el procés d'òsmosi. En l'òsmosi, l'aigua es mou de forma passiva des de la solució més diluïda cap a la solució més concentrada.

La pressió osmòtica es defineix com la pressió hidrostàtica necessària per impedir l'entrada neta d'aigua a través d'aquesta membrana semipermeable. En funció de la comparació de soluts entre dos compartiments, es defineixen tres tipus de medis aquosos: Medi hipotònic: Presenta una concentració de soluts menor que la del compartiment veí. Medi isotònic: Les dues dissolucions contenen la mateixa concentració efectiva de soluts (equilibri osmòtic). H O + 2 CO 2 H CO 2 3 HCO + 3 H+ CO 2 H CO 2 3 HCO 3 H+ CO 2 Bioquímica UdG: biomolècules, bioenergètica i rutes metabòliques 11 Medi hipertònic: Té una concentració de soluts superior a la de la dissolució adjacent.

Esquema morfològic d'eritròcits en medis isotònic, hipotònic i hipertònic. Els glòbuls vermells (eritròcits) reflecteixen de manera immediata aquests intercanvis osmòtics: Tipus de medi extracel·lular Flux d'aigua Efecte sobre el glòbul vermell Isotònic Entrada i sortida en equilibri d'igual velocitat Conserva la seva morfologia normal bicòncava. Hipotònic Entrada massiva d'aigua cap a l'interior cel·lular El glòbul s'infla i s'esquinça: lisi cel·lular o hemòlisi. Hipertònic Sortida neta d'aigua des de la cèl·lula cap a l'exterior Pèrdua de volum i arrugament: crenació cel·lular.

Aquest mateix repte osmòtic afecta altres organismes en medis exteriors extrems, com les plantes exposades a sòls amb alta concentració de sals, les quals pateixen una elevada pressió osmòtica i necessiten mecanismes d'osmoregulació per no deshidratar-se. COMPROVA-HO 13 Què passa si s'injecta una solució fortament hipotònica directament a la circulació sanguínia? Bioquímica UdG: biomolècules, bioenergètica i rutes metabòliques 12 IDEES CLAU L'aigua és un dipol elèctric que forma xarxes dinàmiques de ponts d'hidrogen en estat líquid i estructures cristal·lines fixes en estat sòlid.

El cos no emmagatzema aigua: una pèrdua del 2% redueix el rendiment físic, al 5% causa rampes i a partir del 7-10% comporta xoc, coma o mort. El pH és el logaritme negatiu de la concentració d'hidrogenions ( ); és àcid si i bàsic si . El sistema tampó hidrogencarbonat equilibra el pH sanguini; l'acumulació de genera protons lliures i acidifica la sang. L'òsmosi mobilitza l'aigua des de medis hipotònics cap a hipertònics; en sang, un medi hipotònic provoca hemòlisi i un medi hipertònic causa crenació. COMPROVA EL QUE HAS APRÈS 14. Com influeix l'augment de diòxid de carboni circulant en el pH sanguini a través del tampó hidrogencarbonat? 15.

Quina alteració morfològica pateix un eritròcit en una solució hipertònica i per quin motiu físic? Test Encercla la resposta correcta. Les solucions són al final. 16. Quin efecte fisiològic produeix una pèrdua d'aigua equivalent al 5% de la massa corporal? 17. Què succeeix amb el pH quan augmenta la concentració d'ions H lliures en una dissolució? 18. En quina direcció es mou l'aigua per difusió passiva durant el procés d'òsmosi? 19. Com reacciona un glòbul vermell submergit en un medi hipotònic?

pH = log [H ] 10 + pH < 7 pH > 7 CO 2 Estat de coma o mort immediata a) Aturada cardíaca i xoc irreversible b) Disminució lleu del rendiment físic c) Rampes musculars i esgotament d) El pH disminueix a) Es neutralitzen els hidrogenions b) El pH es manté neutre c) El pH augmenta d) Del medi hipertònic cap a l'hipotònic a) Des de la solució més concentrada b) Del medi hipotònic cap a l'hipertònic c) Únicament entre solucions d'igual concentració d) S'infla d'aigua fins a trencar-se a) Manté la seva forma bicòncava normal b) S'arruga perdent aigua ràpidament c) Expulsa soluts cap a l'exterior d) Bioquímica UdG: biomolècules, bioenergètica i rutes metabòliques 13 3 Els minerals en la fisiologia humana EN ACABAR SABRÀS Diferenciar els macrominerals dels microminerals segons la seva proporció corporal i requeriments.

Distingir quins elements traça són metalls i quins són no metalls. Identificar els factors que provoquen deficiències de minerals a l'organisme. Descriure l'estructura bàsica del grup hemo i les funcions biològiques del ferro. PENSA-HI ABANS DE LLEGIR 20 Si els minerals no proporcionen calories a l'organisme, per què la seva carència pot causar fallades orgàniques greus? Els minerals són nutrients inorgànics que no tenen funció energètica. A diferència dels glúcids o lípids, no s'oxiden per obtenir calories. Són substàncies essencials que l'organisme no pot sintetitzar, de manera que la seva incorporació mitjançant la dieta resulta imprescindible.

En comparació amb els macronutrients orgànics, les quantitats que el cos necessita diàriament són reduïdes, representant una fracció modesta de la massa corporal total. Classificació: macrominerals i microminerals La fisiologia humana classifica els minerals segons la seva proporció a l'organisme i les necessitats dietètiques: Macrominerals (o minerals majors): es troben en proporcions considerables. Aquest grup inclou el calci (Ca), el fòsfor (P), el sodi (Na), el potassi (K), el clor (Cl), el magnesi (Mg) i el sofre (S). Encara que certes classificacions exclouen el sofre per la seva contribució ponderal menor, la seva aportació en una dieta equilibrada és indispensable.

Microminerals (o minerals traça): representen menys del 0,01% de la massa corporal total. Tot i trobar-se en quantitats tan petites, participen activament com a cofactors en reaccions bioquímiques o s'integren directament en biomolècules funcionals. Entre aquests elements hi trobem el ferro, el zinc, el coure, el iode, el seleni, el manganès, el fluor, el crom, el molibdè, el cobalt, el bor, el liti, el níquel, el silici, l'estany, el vanadi i l'arsènic.

Grup mineral Criteri quantitatiu corporal Elements compresos Rol general Macrominerals Major contribució ponderal Ca, P, Na, K, Cl, Mg, S Estructura tissular, balanç hidroelectrolític i equilibri fisiològic Microminerals < 0,01% de la massa corporal total Fe, Zn, Cu, I, Se, F, Mn, Cr, Mo, Co, B, Li, Ni, Si, Sn, V, As Cofactors enzimàtics i integrants de molècules funcionals clau Bioquímica UdG: biomolècules, bioenergètica i rutes metabòliques 14 DEFINICIÓ Un cofactor mineral és un ió inorgànic que s'associa a una molècula o enzim per fer possible la seva funció biològica o catalítica concreta.

ESQUEMA Classificació dels minerals en la fisiologia humana Metalls traça i no metalls traça En l'àmbit clínic sovint s'utilitza l'expressió metalls traça com a sinònim de microminerals. No obstant això, químicament aquesta equivalència és inexacta, ja que diversos elements traça imprescindibles són no metalls. Metalls traça: ferro (Fe), coure (Cu), zinc (Zn), manganès (Mn), molibdè (Mo), níquel (Ni) i vanadi (V), entre d'altres. No metalls traça: seleni (Se), fluor (F) i iode (I). ERROR FREQÜENT Anomenar indistintament «metalls traça» a tots els microminerals fa perdre punts. Recorda que el iode, el seleni o el fluor són no metalls biològicament indispensables.

COMPROVA-HO 21 Quina és la diferència de definició bàsica entre un macromineral i un micromineral en l'organisme humà? Dèficits de microminerals Una mancança de microminerals pot comportar conseqüències greus per a la salut. Aquestes situacions solen originar-se per dues causes fonamentals: Macrominerals Requeriments elevats a la dieta Microminerals < 0,01% de la massa corporal Metalls traça Fe, Cu, Zn, Mn, Mo, Ni, V No metalls traça Se, F, I Aportació dietètica insuficient: absència o escassetat directa de l'element en els aliments ingerits. El contingut mineral d'aliments vegetals i animals està condicionat per l'aigua i la riquesa del sòl on creixen les plantes o pastura el bestiar.

1 Malabsorció intestinal: incapacitat de l'aparell digestiu per absorbir adequadament els nutrients, malgrat una ingesta suficient. 2 Bioquímica UdG: biomolècules, bioenergètica i rutes metabòliques 15 El ferro i el grup hemo El ferro (Fe) és un micromineral central per a la vida cel·lular. La seva funció més coneguda és articular el transport d'oxigen des dels pulmons cap als diferents teixits, així com la seva reserva local. Aquest metall s'integra com a grup prostètic en proteïnes fonamentals mitjançant una estructura especial: l'anell de porfirina. La unió entre aquest anell cíclic orgànic i l'àtom de ferro central constitueix el grup hemo.

Hemoglobina i mioglobina: l'àtom de ferro ocupa el centre de l'anell i estableix la unió reversible amb l'oxigen molecular. Citocroms: aquests complexos hemo participen directament a la respiració mitocondrial. A més del transport de gasos, el ferro intervé en el desenvolupament del teixit connectiu, participa en la síntesi d'hormones (especialment rellevant en dones), col·labora amb el sistema immunitari, afavoreix processos cognitius com la memòria, l'aprenentatge i el raonament, i ofereix protecció contra l'estrès oxidatiu com a antioxidant. Dietèticament, el ferro s'obté de la carn vermella (mamífers), la carn blanca (aus) i els peixos.

COMPROVA-HO 22 Com s'organitza estructuralment el grup hemo present en l'hemoglobina i la mioglobina? IDEES CLAU Els minerals no aporten energia metabòlica directa, però són nutrients essencials imprescindibles a la dieta. Els macrominerals s'exigeixen en proporcions considerables, mentre que els microminerals constitueixen menys del 0,01% de la massa de l'organisme. No tots els microminerals són metalls; el iode, el seleni i el fluor en són excepcions químiques com a no metalls traça. Les carències minerals deriven principalment d'un dèficit a la ingesta dietètica o d'un procés de malabsorció gastrointestinal.

El ferro s'ubica al centre de l'anell de porfirina per constituir el grup hemo de l'hemoglobina, la mioglobina i els citocroms. COMPROVA EL QUE HAS APRÈS 23. Per què el iode i el seleni no es poden classificar com a metalls traça? 24. En quines biomolècules rellevants trobem integrat el grup hemo amb el ferro al centre? Bioquímica UdG: biomolècules, bioenergètica i rutes metabòliques 16 Test Encercla la resposta correcta. Les solucions són al final. 25. Quin percentatge màxim de la massa corporal total ocupen els microminerals? 26. Quin d'aquests elements és un macromineral? 27. Quin d'aquests elements traça és químicament un no metall? 28.

A quina estructura molecular s'associa directament el ferro al grup hemo? 4 Estructura dels glúcids: monosacàrids, disacàrids i polisacàrids EN ACABAR SABRÀS Distingir entre aldoses i cetoses i identificar la configuració D o L. Explicar la formació del carboni anomèric i diferenciar els anòmers alfa i beta en la projecció de Haworth. Formular i reconèixer els enllaços O-glicosídics dels principals disacàrids dietètics. Descriure l'organització estructural del glucogen i la funció dels seus enllaços alfa(1-4) i alfa(1- 6). PENSA-HI ABANS DE LLEGIR 29 Per què el glucogen s'emmagatzema en cadenes altament ramificades en comptes d'una sola cadena lineal contínua?

Els glúcids són les biomolècules orgàniques més abundants del planeta. Constitueixen la principal font d'energia immediata per a les cèl·lules humanes i aporten la meitat o més de les calories de la dieta. Entre l'1% i el 2% a) Menys del 0,01% b) Exactament el 0,1% c) Menys del 5% d) Coure a) Ferro b) Magnesi c) Zinc d) Molibdè a) Manganès b) Iode c) Níquel d) Enllaç fosfodièster a) Bicapa lipídica b) Anell de porfirina c) Àcid gras saturat d) Bioquímica UdG: biomolècules, bioenergètica i rutes metabòliques 17 ESQUEMA Classificació dels glúcids 1.

Concepte químic i funcions biològiques Des del punt de vista químic, els glúcids són polihidroxialdehids o polihidroxicetones, compostos formats per carboni, hidrogen i oxigen que contenen múltiples grups hidroxil (-OH) i un grup funcional carbonil (-COH o -C=O). La seva fórmula empírica general és , fet pel qual històricament s'han anomenat hidrats de carboni o carbohidrats. Aquestes biomolècules desenvolupen tres funcions fonamentals en els éssers vius: Funció energètica: actuen com a substrat immediat per a l'obtenció d'energia cel·lular (com la glucosa) o com a reserva (glucogen en animals, midó en vegetals).

Intermediaris metabòlics: participen en rutes centrals del metabolisme degradatiu i biosintètic. Funció estructural: formen part de l'esquelet dels àcids nucleics (ribosa en l'ARN i desoxiribosa en l'ADN), de components de la matriu extracel·lular com l'àcid hialurònic, i de la paret cel·lular vegetal (cel·lulosa). Segons la seva mida i grau de polimerització, es classifiquen en dues grans categories: Glúcids simples: formats per una o dues unitats de sacàrid (monosacàrids i disacàrids). En informació nutricional s'agrupen sota el terme «sucres». Glúcids complexos: formats per cadenes llargues.

Es divideixen en oligosacàrids (cadenes curtes de 3 a 10 unitats) i polisacàrids (polímers de més de 10 unitats de monosacàrid). COMPROVA-HO 30 Quina diferència funcional existeix entre la glucosa i la cel·lulosa, sent ambdues polímers o unitats de glúcids? Glúcids simples 1 o 2 unitats de sacàrid Monosacàrids Glucosa, fructosa, galactosa Disacàrids Sacarosa, lactosa, maltosa Glúcids complexos Cadenes de 3 o més unitats Oligosacàrids De 3 a 10 unitats Polisacàrids Més de 10 unitats Glucogen Reserva energètica animal Midó i amilopectina Reserva energètica vegetal (CH O) 2 n Bioquímica UdG: biomolècules, bioenergètica i rutes metabòliques 18 2.

Monosacàrids: estructura, estereoisomeria i ciclació Els monosacàrids són les unitats monomèriques fonamentals. Posseeixen entre 3 i 7 àtoms de carboni i no es poden hidrolitzar enzimàticament en glúcids més senzills. Reben el sufix -osa i es designen segons el nombre de carbonis: trioses (3C), tetroses (4C), pentoses (5C), hexoses (6C) o heptoses (7C). Segons la naturalesa del grup carbonil, es distingeixen: Aldoses: presenten el carbonil en un extrem de la cadena com a aldehid (-CHO en el carboni 1). Per exemple, una aldohexosa conté sis carbonis i un grup aldehid (com la glucosa o la galactosa). Cetoses: presenten el carbonil a l'interior com a cetona (-C=O, generalment en el carboni 2).

Una cetopentosa conté cinc carbonis i un grup cetona; una cetohexosa conté sis carbonis i un grup cetona (com la fructosa). La presència de carbonis asimètrics o quirals (enllaçats a quatre substituents diferents) dona lloc a la estereoisomeria. En la projecció lineal de Fischer, la sèrie D o L ve determinada per la posició del grup hidroxil (-OH) en el carboni asimètric més allunyat del carbonil (en hexoses, el C5): Configuració D: el grup -OH del C5 se situa a la dreta. Tots els monosacàrids naturals dels mamífers presenten predominantment una configuració estereoquímica de la sèrie D. Configuració L: el grup -OH del C5 se situa a l'esquerra.

Els enantiòmers són imatges especulars no superposables entre si. ERROR FREQÜENT Confondre el carboni que defineix la sèrie D/L amb el carboni anomèric. La sèrie D o L depèn del carboni quiral més llunyà del carbonil (el C5 en les hexoses). En canvi, el carboni anomèric és el propi carboni carbonílic que esdevé quiral després de la ciclació (el C1 en les aldoses i el C2 en les cetoses). En solució aquosa, els monosacàrids de cinc o més carbonis no romanen lineals sinó que ciclen espontàniament.

La projecció de Haworth representa aquestes estructures cícliques tancades mitjançant un enllaç intramolecular: Aldohexoses: l'-OH del C5 ataca el carbonil del C1, formant un anell hexagonal d'un àtom d'oxigen i 5 àtoms de carboni (anell de piranosa). El C6 queda fora de l'anell. Cetohexoses: l'-OH del C5 ataca el carbonil del C2, generant un anell pentagonal d'un oxigen i 4 carbonis (anell de furanosa). Els carbonis C1 i C6 queden fora de l'anell. La reacció de ciclació transforma el carboni carbonil en un nou centre quiral anomenat carboni anomèric.

Segons l'orientació del seu grup -OH, s'obtenen dos anòmers: Anòmer : el grup hidroxil del carboni anomèric s'orienta cap avall en la projecció de Haworth (trans respecte al grup terminal ). Anòmer : el grup hidroxil del carboni anomèric s'orienta cap amunt (cis respecte al grup terminal ). α CH OH 2 β CH OH 2 Bioquímica UdG: biomolècules, bioenergètica i rutes metabòliques 19 COMPROVA-HO 31 Quants vèrtexs formen l'anell en la ciclació de la D-glucosa i quins elements el componen? 3. L'enllaç O-glicosídic i els disacàrids L'enllaç O-glicosídic és l'enllaç covalent que uneix dos monosacàrids entre si (vegeu «Bases moleculars i bioenergètica de la matèria viva»).

Es produeix per una reacció de condensació (o deshidratació) entre el grup hidroxil del carboni anomèric d'un monosacàrid i un grup hidroxil d'un altre monosacàrid, alliberant una molècula d'aigua. La nomenclatura de l'enllaç depèn de dos factors fonamentals: Esquema dels disacàrids lactosa i sacarosa amb les seves conformacions cícliques. Els disacàrids són nutrients energètics de gran rellevància en la dieta humana. Durant la digestió, els enzims com les amilases trenquen aquests enllaços perquè les cèl·lules puguin absorbir els monòmers lliures: Disacàrid Monosacàrids components Tipus d'enllaç Funció i origen Maltosa Glucosa + Glucosa Producte de degradació del midó.

Lactosa Galactosa + Glucosa Sucre principal de la llet en mamífers. La configuració anomèrica ( o ) que presentava el primer monosacàrid abans d'establir la unió. 1 α β Els números dels àtoms de carboni implicats en l'enllaç, per exemple , , o . 2 α(1 4) β(1 4) α(1 2) α(1 4) β(1 4) Bioquímica UdG: biomolècules, bioenergètica i rutes metabòliques 20 Disacàrid Monosacàrids components Tipus d'enllaç Funció i origen Sacarosa Glucosa + Fructosa Sucre comú de taula obtingut de vegetals. Trehalosa Glucosa + Glucosa Utilitzada comunament com a additiu alimentari. Esquema estructural dels disacàrids maltosa, lactosa, sacarosa i trehalosa.

COMPROVA-HO 32 Quina és la composició monomèrica i l'enllaç de la lactosa? 4. Polisacàrids de reserva: glucogen i midó Els polisacàrids són llargues cadenes formades per més de 10 unitats de monosacàrid. Actuen fonamentalment com a reservori energètic d'ús diferit tant en animals com en vegetals. α(1 2) α(1 1) Bioquímica UdG: biomolècules, bioenergètica i rutes metabòliques 21 Diagrama de la molècula de glucogen amb ramificacions alfa 1-6. El glucogen s'emmagatzema principalment al fetge i al múscul esquelètic mitjançant enllaços glucosídics i ramificacions . Representa el magatzem transitori de glúcids més important de l'organisme animal.

La seva arquitectura molecular és anàloga a la de l'amilopectina vegetal (fracció ramificada del midó), però el glucogen té un grau de ramificació molt superior. Aquest disseny molecular hiper-ramificat ofereix un avantatge biològic crucial: genera múltiples extrems no reductors. Quan l'organisme requereix energia, el glucogen s'hidrolitza enzimàticament des d'aquests extrems de manera ràpida i simultània per alliberar glucosa. Aquesta ruta de mobilització anaeròbia s'anomena glucogenòlisi (vegeu «Metabolisme dels glúcids i respiració cel·lular»).

Encara que el teixit muscular de la carn conté glucogen, el seu sacrifici i processament provoca una ràpida hidròlisi en glucosa i conversió en àcid làctic. Per tant, l'ésser humà no absorbeix directament el glucogen de la carn, sinó que sintetitza el seu propi glucogen a partir de l'excedent de glucosa circulant mitjançant la glucogènesi. IDEES CLAU Els glúcids són polihidroxialdehids o polihidroxicetones de fórmula empírica amb funcions energètiques, estructurals i metabòliques. La configuració D o L es defineix segons la posició del grup -OH en el carboni quiral més allunyat del carbonil (en hexoses, el C5).

Tots els monosacàrids naturals dels mamífers presenten predominantment una configuració estereoquímica de la sèrie D. La ciclació d'Haworth genera el carboni anomèric, produint les conformacions anomèriques (hidroxil cap avall) o (hidroxil cap amunt). L'enllaç O-glicosídic es produeix per condensació del grup hidroxil anomèric d'un sucre amb un hidroxil d'un altre, alliberant aigua. El glucogen s'emmagatzema principalment al fetge i al múscul esquelètic mitjançant enllaços glucosídics i ramificacions . α(1 4) α(1 6) (CH O) 2 n α β α(1 4) α(1 6) Bioquímica UdG: biomolècules, bioenergètica i rutes metabòliques 22 COMPROVA EL QUE HAS APRÈS 33.

En què es diferencia estructuralment una aldosa d'una cetosa? 34. Quin avantatge metabòlic confereix l'estructura hiper-ramificada del glucogen? Test Encercla la resposta correcta. Les solucions són al final. 35. Quin àtom de carboni determina la pertinença a la sèrie D o L en una aldohexosa? 36. Com s'orienta el grup hidroxil anomèric en la forma α de la glucosa? 37. Quins monosacàrids formen la sacarosa i com s'uneixen? 38. Quins enllaços formen la cadena lineal i les ramificacions del glucogen? 5 Metabolisme dels glúcids i respiració cel·lular EN ACABAR SABRÀS Distingir el balanç energètic i el destí del piruvat en condicions aeròbies i anaeròbies.

Explicar la utilitat diagnòstica dels isoenzims de la lactat deshidrogenasa (LDH) en la pràctica mèdica. Comparar l'efecte Pasteur amb l'efecte Warburg en cèl·lules tumorals. Identificar els precursors no glucídics de la gluconeogènesi hepàtica i el paper de la glucosa-6- fosfat. PENSA-HI ABANS DE LLEGIR 39 Per què els glòbuls vermells necessiten produir lactat contínuament fins i tot viatjant carregats d'oxigen?

El carboni terminal C6 a) El carboni quiral C5 b) El carboni intermedi C3 c) El carboni anomèric C1 d) Dirigit cap a la dreta a) Integrat dins l'anell b) Orientat cap avall c) Orientat cap amunt d) Dues glucoses unides α(1-1) a) Dues glucoses unides α(1-4) b) Glucosa i galactosa unides β(1-4) c) Glucosa i fructosa unides α(1-2) d) Lineals β(1-4) i ramificacions α(1-4) a) Lineals α(1-6) i ramificacions β(1-4) b) Lineals α(1-4) i ramificacions α(1-6) c) Lineals α(1-4) i ramificacions β(1-6) d) Bioquímica UdG: biomolècules, bioenergètica i rutes metabòliques 23 1.

Visió integradora del metabolisme dels glúcids El metabolisme glucídic constitueix una xarxa interconnectada de rutes anabòliques i catabòliques destinades a subministrar energia i precursors biosintètics. En els mamífers, el destí de la glucosa depèn de l'estat energètic cel·lular i de la presència d'oxigen. Esquema de les connexions del metabolisme intermediari citosòlic i mitocondrial. Les principals vies metabòliques dels glúcids s'articulen al voltant d'intermediaris clau com la glucosa- 6-fosfat i el piruvat: Glucòlisi: degradació de glucosa a piruvat per extreure ATP i poder reductor. Gluconeogènesi: formació de glucosa de nou a partir de substrats no glucídics.

Glucogènesi: polimerització de glucosa per emmagatzemar glucogen (vegeu «Estructura dels glúcids: monosacàrids, disacàrids i polisacàrids»). Glucogenòlisi: alliberament de glucosa a partir de les reserves de glucogen. Via de les pentoses fosfat: ruta citosòlica que produeix ribosa-5-fosfat per als nucleòtids i NADPH com a font de poder reductor biosintètic (vegeu «Bases moleculars i bioenergètica de la matèria viva»). Cicle de Krebs i fosforilació oxidativa: oxidació completa mitocondrial fins a i síntesi massiva d'ATP mitjançant la respiració cel·lular (vegeu «Bases moleculars i bioenergètica de la matèria viva»).

CO 2 Bioquímica UdG: biomolècules, bioenergètica i rutes metabòliques 24 COMPROVA-HO 40 Quin compost és el punt d'encreuament comú entre la glucòlisi, la glucogènesi, la glucogenòlisi i la via de les pentoses fosfat? 2. La glucòlisi: etapes i balanç bioenergètic La glucòlisi és la via citosòlica universal d'oxidació de la glucosa present en totes les cèl·lules humanes. No requereix oxigen per funcionar, per la qual cosa pot operar tant en condicions aeròbies com anaeròbies. Durant aquesta seqüència enzimàtica, una molècula de glucosa ( ) es trenca en dues molècules de piruvat ( ).

El procés consta de dues fases essencials: DEFINICIÓ El balanç net de la glucòlisi per cada molècula de glucosa consumida és exactament de 2 piruvats + 2 ATP + 2 NADH+H^+. ERROR FREQÜENT No confongueu la producció bruta d'ATP a la glucòlisi amb el guany net. Tot i que es generen 4 molècules d'ATP a la segona fase, se n'han consumit 2 a la fase preparatòria; per tant, el balanç final net és estrictament de 2 ATP. COMPROVA-HO 41 Què passaria a la glucòlisi si la cèl·lula es quedés sense NAD+ disponible al citosol? 3. Destins del piruvat: anaerobiosi, isoenzims de LDH i fermentacions Perquè la glucòlisi continuï funcionant sense oxigen, és imprescindible regenerar el citosòlic consumit.

Quan no hi ha oxigen o la cèl·lula no té mitocondris (com els eritròcits), té lloc la glucòlisi anaeròbia. 3.1. Reducció a lactat i utilitat clínica de la lactat deshidrogenasa (LDH) En el citoplasma dels mamífers, el piruvat es redueix a lactat mitjançant l'enzim lactat deshidrogenasa (LDH). En aquesta reacció, el piruvat capta els electrons del , restaurant el necessari: 6C 3C Fase d'inversió energètica: es consumeixen 2 molècules d'ATP per fosforilar els sucres (activació de glucosa a fructosa-1,6-bisfosfat) i facilitar el seu posterior trencament en trioses fosfat.

1 Fase de rendiment energètic: cadascuna de les dues trioses fosfat (gliceraldehid-3-fosfat) s'oxida i es converteix en piruvat. En aquesta fase es formen 4 ATP per fosforilació a nivell de substrat i es generen 2 molècules de a partir de . 2 NADH + H+ NAD+ NAD+ NADH + H+ NAD+ Piruvat + NADH + H + Lactat + NAD+ Bioquímica UdG: biomolècules, bioenergètica i rutes metabòliques 25 El lactat format constitueix un cul-de-sac metabòlic dins la mateixa cèl·lula: no es pot degradar més directament allà. No obstant això, surt al torrent sanguini i pot ser captat per altres teixits, especialment el fetge o el cor.

La LDH presenta diferents formes moleculars o isoenzims distribuïts específicament segons el teixit (principalment cor, múscul esquelètic i fetge). Aquests isoenzims es troben en equilibri i no tenen funció reguladora sobre la quantitat de piruvat convertit. Tanmateix, la seva anàlisi mitjançant electroforesi és una eina de diagnòstic important: una lesió o ruptura cel·lular aboca els seus isoenzims a la sang, de manera que un augment de l'isoenzim cardíac indica un dany o necrosi al miocardi. Teixit afectat Troballa clínica (LDH sèrica) Significat mèdic Miocardi Elevació de l'isoenzim cardíac de LDH Indica dany o lesió de les cèl·lules del cor (p.

ex., infart de miocardi) Fetge Elevació de l'isoenzim hepàtic de LDH Indica dany o alteració funcional a les cèl·lules del fetge Múscul esquelètic Elevació de l'isoenzim muscular de LDH Indica esforç intens o lesió a les fibres musculars 3.2. Efecte Pasteur enfront de l'efecte Warburg L'efecte Pasteur descriu la inhibició habitual de la fermentació quan apareix l'oxigen: en presència de , les cèl·lules normals estalvien glucosa perquè la respiració mitocondrial produeix molta més energia. En canvi, l'efecte Warburg és propi de les cèl·lules canceroses: produeixen lactat massivament fins i tot en presència d'oxigen abundant (aerobiosi).

Aquesta alteració de la glucòlisi afavoreix el creixement tumoral ràpid i els permet independitzar-se de les concentracions d'oxigen tissulars. 3.3. Fermentació alcohòlica En certs microorganismes com els llevats, el piruvat segueix una ruta anaeròbia diferent per reciclar el (vegeu «Fermentació» a «Bases moleculars i bioenergètica de la matèria viva»). La fermentació alcohòlica consta de dos passos consecutius: Industrialment, l'alliberament de és la causa de l'esponjositat i augment de volum de la molla del pa, mentre que l'etanol i el són fonamentals en l'elaboració de cervesa, cava i vi.

COMPROVA-HO 42 Què distingeix l'efecte Warburg del metabolisme d'una cèl·lula muscular durant un exercici intens? O 2 NAD+ Descarboxilació del piruvat: l'enzim piruvat descarboxilasa converteix el piruvat ( ) en acetaldehid ( ) i allibera en estat gasós. Com que el gas s'escapa, la reacció és metabolitzadorament irreversible. 1 3C 2C CO 2 Reducció a etanol: l'enzim alcohol deshidrogenasa (DH) redueix l'acetaldehid a etanol consumint i alliberant . Aquest mateix enzim es troba al fetge dels mamífers, on oxida l'etanol ingerit. 2 NADH + H+ NAD+ CO 2 CO 2 Bioquímica UdG: biomolècules, bioenergètica i rutes metabòliques 26 4.

Destí aeròbic: el cicle de Krebs i la respiració cel·lular En condicions aeròbies, el piruvat entra al mitocondri i es transforma en acetil-CoA, nexe d'unió del catabolisme de glúcids, lípids i proteïnes. Diagrama del cicle de Krebs amb les sortides de coenzims i carbonis.

PROCÉS Flux complet del catabolisme aeròbic de la glucosa Glucòlisi citosòlica Degradació de glucosa a 2 piruvats generant 2 ATP i 2 NADH 1 Formació d'acetil-CoA Entrada al mitocondri i descarboxilació oxidativa 2 Cicle de Krebs Oxidació completa a CO2 amb generació de NADH, FADH2 i GTP 3 Cadena de transport d'electrons Bombeig de protons cap a l'espai intermembranós 4 Fosforilació oxidativa Retorn de protons via ATP sintasa generant 30-32 ATP 5 Bioquímica UdG: biomolècules, bioenergètica i rutes metabòliques 27 El cicle de Krebs (cicle de l'àcid cítric o dels àcids tricarboxílics, TCA) oxida completament el grup acetil de l'acetil-CoA fins a formar .

Per cada molècula de glucosa degradada inicialment es necessiten dues voltes del cicle, ja que cada glucosa produeix dos piruvats. PER RECORDAR-HO Per cada molècula sencera de glucosa (dues voltes de cicle de Krebs), el rendiment directe és de . Esquema dels complexos I a IV a la membrana mitocondrial interna. 4.1. Cadena de transport d'electrons i fosforilació oxidativa Els coenzims reduïts ( i ) cedeixen els seus electrons d'alta energia als components de la cadena respiratòria, situada a la membrana mitocondrial interna: Els complexos I, III i IV són proteïnes transmembrana que aprofiten el flux electrònic per bombar protons ( ) des de la matriu mitocondrial cap a l'espai intermembranós.

El complex II transfereix electrons des del cap a la ubiquinona (Q) sense capacitat de bombar protons a través de la membrana. El ingressa al complex I (rendiment equivalent a aproximadament 3 ATP), mentre que el entra al complex II (rendiment equivalent a aproximadament 2 ATP). L'oxigen ( ) actua com a acceptor final d'electrons al complex IV, reduint-se per formar aigua ( ). CO 2 4 CO + 2 6 NADH + H + + 2 FADH + 2 2 GTP (ATP) NADH + H+ FADH 2 H+ FADH 2 NADH + H+ FADH 2 O 2 H O 2 Bioquímica UdG: biomolècules, bioenergètica i rutes metabòliques 28 Aquest transport genera un marcat gradient electroquímic de protons a l'espai intermembranós.

Quan els protons retornen a la matriu a través del canal catalític de l'enzim ATP sintasa, la seva energia impulsa la fosforilació de l'ADP amb fosfat inorgànic ( ) per sintetitzar ATP. El balanç energètic global per molècula de glucosa és de 2 ATP en anaerobiosi i assoleix entre 30 i 32 ATP durant l'oxidació aeròbia completa. COMPROVA-HO 43 Per què l'oxidació del FADH2 genera menys quantitat d'ATP que la del NADH+H+ a la cadena de transport d'electrons? 5. Vies anabòliques i de reserva: gluconeogènesi i glucogen Quan disminueixen els nivells de glucosa o cal restaurar reserves, el cos posa en marxa processos de síntesi i remodelació de carbohidrats.

ESQUEMA Substrats de la gluconeogènesi hepàtica 5.1. Gluconeogènesi hepàtica La gluconeogènesi és la síntesi de nova glucosa a partir de precursors que no són glúcids. Es duu a terme de forma pràcticament exclusiva al fetge (a les cèl·lules hepàtiques). Comparteix diversos passos reversibles amb la glucòlisi, però empra enzims específics per esquivar les reaccions irreversibles. Els substrats d'origen no glucídic principals són: Lactat: procedeix dels eritròcits i del múscul en contracció durant l'activitat física. Glicerol: generat a partir de la hidròlisi dels triacilglicerols del teixit adipós (vegeu «Estructura dels lípids i membranes biològiques»).

Alanina i altres aminoàcids glucogènics: derivats de la degradació de proteïnes musculars i hepàtiques (vegeu «Catabolisme dels aminoàcids i el cicle de la urea»). 5.2. Dinàmica del glucogen: glucogènesi i glucogenòlisi El glucogen s'emmagatzema principalment al fetge i al múscul esquelètic mitjançant enllaços glucosídics i ramificacions .

P i Lactat Eritròcits i múscul esquelètic Glicerol Hidròlisi de greixos del teixit adipós Aminoàcids Proteòlisi muscular i proteïnes hepàtiques Alanina Aminoàcid glucogènic principal α(1-4) α(1-6) Bioquímica UdG: biomolècules, bioenergètica i rutes metabòliques 29 La síntesi (glucogènesi) i la degradació (glucogenòlisi) estan regulades hormonalment (per insulina, glucagó i epinefrina) i es comuniquen directament amb la glucosa lliure mitjançant la glucosa-6- fosfat. Alhora, aquesta mateixa molècula canalitza sucres procedents de la dieta com la galactosa cap a la glucòlisi o la reserva en forma de glucogen.

COMPROVA-HO 44 D'on provenen respectivament el glicerol i el lactat utilitzats pel fetge durant la gluconeogènesi? IDEES CLAU La glucòlisi té lloc al citosol i produeix un rendiment net de 2 piruvats, 2 ATP i 2 molècules de per cada glucosa. La glucòlisi anaeròbia redueix el piruvat a lactat via lactat deshidrogenasa (LDH) per reciclar el indispensable per mantenir la via activa. L'efecte Warburg defineix la reprogramació cel·lular tumoral en què es genera lactat de manera predominant fins i tot en presència d'oxigen. La respiració mitocondrial aeròbia (cicle de Krebs i cadena de transport d'electrons) rendeix entre 30 i 32 ATP per molècula sencera de glucosa.

La gluconeogènesi es desenvolupa principalment al fetge per sintetitzar glucosa a partir de substrats no glucídics com lactat, glicerol i aminoàcids. COMPROVA EL QUE HAS APRÈS 45. Quin és el balanç net d'ATP i coenzims reduïts obtingut en la glucòlisi anaeròbia a partir d'una molècula de glucosa? 46. Per quina raó la descarboxilació del piruvat en la fermentació alcohòlica dels llevats és un pas metabòlicament irreversible? 47. Quina utilitat té la determinació dels isoenzims de la lactat deshidrogenasa (LDH) en el diagnòstic sanguini? Test Encercla la resposta correcta. Les solucions són al final. 48. Quin és el rendiment energètic net de la glucòlisi anaeròbia per cada molècula de glucosa?

NADH + H+ NAD+ Zero ATP a) 4 ATP b) 2 ATP c) 30 a 32 ATP d) Bioquímica UdG: biomolècules, bioenergètica i rutes metabòliques 30 49. En què consisteix l'efecte Warburg observat en les cèl·lules tumorals? 50. Quin dels següents complexos de la cadena respiratòria no bombeja protons cap a l'espai intermembranós? 51. Quin òrgan humà és el principal responsable de dur a terme la gluconeogènesi? 6 Estructura dels lípids i membranes biològiques EN ACABAR SABRÀS Distingir l'estructura i les propietats tèrmiques dels àcids grassos saturats i insaturats en funció de la isomería geomètrica. Comprendre l'organització dels triacilglicerols com a dipòsit hidrofòbic d'alta densitat calòrica.

Identificar les característiques amfipàtiques dels fosfolípids i el seu assemblatge en micel·les, bicapes i liposomes. Explicar l'estructura bàsica del colesterol, la seva funció a la membrana i les principals molècules derivades. PENSA-HI ABANS DE LLEGIR 52 Per quina raó els mamífers acumulem energia a llarg termini en forma de greix en lloc de guardar-la tota com a glicogen? Els lípids són biomolècules orgàniques altament heterogènies caracteritzades per la seva insolubilitat en aigua i la seva solubilitat en dissolvents orgànics com l'èter, el cloroform o l'acetona.

A diferència dels glúcids, tenen una proporció molt baixa d'oxigen i un estat d'oxidació menor, fet que els converteix en la reserva d'energia més densa de l'organisme i en elements estructurals indispensables per a la vida. Absència de producció de lactat en hipòxia a) Inhibició de la glucòlisi en absència d'oxigen b) Bloqueig complet de l'entrada de glucosa cel·lular c) Fermentació làctica intensa fins i tot amb oxigen d) Complex I a) Complex II b) Complex IV c) Complex III d) El cor a) El múscul esquelètic b) El cervell c) El fetge d) Bioquímica UdG: biomolècules, bioenergètica i rutes metabòliques 31 ESQUEMA Classificació dels lípids segons la seva funció i composició 1.

Propietats generals i densitat energètica Els lípids constitueixen el combustible metabòlic fonamental durant les situacions de dejuni o privació d'aliment. Mentre que els glúcids s'emmagatzemen fortament hidratats i pesen molt a causa de l'aigua associada, els dipòsits lipídics són anhidres. Aquesta absència d'aigua lligada redueix notablement el pes del teixit adipós. Un gram de greix aporta més del doble d'energia neta que un gram de carbohidrat: com més hidrogen i menys àtoms d'oxigen conté una cadena, més capacitat té d'alliberar energia durant la seva degradació oxidativa.

A més de la seva funció energètica, el greix corporal actua com a aïllant tèrmic davant les pèrdues de calor i ofereix amortiment mecànic al voltant de les vísceres. DEFINICIÓ Un lípid és una molècula biològica definida no per la seva fórmula química sinó per les seves propietats físiques: insolubilitat en aigua i solubilitat en dissolvents apolars. COMPROVA-HO 53 Per quina raó química els lípids aporten més energia per unitat de massa que els glúcids?

Lípids de reserva Emmagatzematge d'energia en adipòcits Triglicèrids Glicerol amb 3 àcids grassos Lípids estructurals Arquitectura de membranes biològiques Fosfolípids Fosfoglicèrids amfipàtics Esfingolípids Esfingosina amb àcid gras i cap polar Colesterol Modulador de fluïdesa membranària Lípids protectors i senyals Aïllament, impermeabilització i hormones Ceres Èsters d'alcohols i àcids de cadena llarga Hormones esteroidals Aldosterona, testosterona, estradiol Bioquímica UdG: biomolècules, bioenergètica i rutes metabòliques 32 2. Àcids grassos: estructura, isomerisme i nomenclatura Els àcids grassos són cadenes hidrocarbonades lineals amb un grup carboxil terminal.

Constitueixen les unitats fonamentals de construcció de la majoria de lípids complexos. Es classifiquen segons la presència o absència d'enllaços dobles entre els àtoms de carboni: Àcids grassos saturats: no presenten cap doble enllaç ( simples). Les cadenes són flexibles i rectilínies, fet que en facilita l'empaquetament estret mitjançant interaccions hidrofòbiques (vegeu «Bases moleculars i bioenergètica de la matèria viva»). Tenen punts de fusió elevats i solen ser sòlids a temperatura ambient. Àcids grassos insaturats: presenten un o més dobles enllaços ( ). Com més insaturacions té la molècula, menor és la seva temperatura de fusió.

En els greixos i olis de la natura, la configuració habitual dels dobles enllaços és cis. En aquest arranjament, els dos àtoms d'hidrogen se situen a la mateixa cara del doble enllaç, cosa que provoca un doblec rígid a la cadena. Per contra, en certs processos industrials d'hidrogenació es formen àcids grassos amb configuració trans, on els hidrogens es troben en cares oposades i la cadena manté una disposició pràcticament lineal. PER RECORDAR-HO Configuració cis = hidrogens al mateix costat (doblec pronunciat). Configuració trans = hidrogens en costats oposats (cadena recta similar a un saturat).

Nomenclatura abreujada La nomenclatura estàndard expressa primer el nombre total de carbonis, seguit de dos punts i el nombre de dobles enllaços. La posició dels dobles enllaços s'indica mitjançant el superíndex del símbol delta ( ), comptant des del carboni del carboxil (C-1): : àcid gras de 4 carbonis sense cap doble enllaç (saturat). : cadena de 16…