Biologia de Batxillerat: Conceptes Fonamentals

I 53 flashcards i 32 preguntes més al document.

Text del document

BIOLOGIA 2 BATXILLERAT DISSENY EXPERIMENTAL 2024 2025 1. DISSENY EXPERIMENTAL 1.1. Introducció El disseny experimental és una eina fonamental en la recerca científica que permet als investigadors provar hipòtesis, obtenir conclusions basades en dades empíriques i, sobretot, intentar falsar aquestes hipòtesis. La capacitat de falsar una hipòtesi és el que la distingeix com a científica. 1.2. Falsació La falsació és un concepte central en la filosofia de la ciència proposat per Karl Popper.

Segons Popper, perquè una teoria o hipòtesi sigui considerada científica, ha de ser susceptible de ser falsada, és a dir, ha d'existir una possible observació o experiment que pugui demostrar que aquesta teoria o hipòtesi és incorrecta. La idea principal darrere de la falsació és que, mentre que no podem confirmar amb certesa absoluta que una teoria és veritable (ja que sempre hi ha la possibilitat que futures observacions la contradiguin), sí que podem determinar amb certesa quan una teoria és falsa. Si una teoria fa una predicció i aquesta predicció es demostra que és incorrecta mitjançant observacions o experiments, llavors la teoria ha estat falsada.

Aquest enfocament contrasta amb la idea de verificació, on es busca confirmar la validesa d'una teoria mitjançant evidència empírica. Popper argumentava que la ciència avança més eficaçment intentant refutar hipòtesis que no intentant confirmar-les. 1.3. Principi de parsimònia o navalla d'Ockham El principi de parsimònia o navalla d'Ockham estableix que, entre diverses explicacions possibles, cal triar la més senzilla. En biologia és fonamental per explicar fenòmens evolutius i relacions entre espècies. Exemples: 1.

Si diverses espècies d'ocells en illes diferents tenen becs similars, l'explicació més parsimoniosa és l'adaptació a recursos alimentaris semblants, no que hagin desenvolupat els mateixos becs per casualitat. 2. Quan diferents espècies de mamífers comparteixen característiques anatòmiques, és més parsimoniós pensar que tenen un avantpassat comú que suposar que aquestes característiques han evolucionat independentment múltiples vegades. 1 1.4. Hipòtesi i Variables Hipòtesi: Una hipòtesi és una afirmació o predicció que pot ser provada experimentalment. Es formula com a resposta provisional a una pregunta o problema de recerca.

Perquè una hipòtesi sigui científica, ha de ser falsable, és a dir, ha d'existir una possible evidència empírica que la pugui refutar. Variables: En un experiment, les variables són els factors que poden canviar o ser manipulats. Variable Independent: El factor que es manipula o canvia en un experiment per determinar si afecta la variable dependent. Variable Dependent: El factor que es mesura o observa per veure si canvia com a resultat de la manipulació de la variable independent. Variables de Control: Factors que es mantenen constants durant un experiment per assegurar que els resultats obtinguts es deuen únicament a la manipulació de la variable independent. 1.5.

Formulació del Problema Abans de començar un experiment, és essencial identificar i definir clarament el problema o la pregunta de recerca. Aquesta definició guiarà la formulació de la hipòtesi i el disseny experimental. La hipòtesi ha de ser formulada de manera que pugui ser falsada. 1.6. Controls i Rèpliques Controls: Són experiments paral·lels que es realitzen sense la manipulació de la variable independent. Serveixen com a referència per comparar amb els resultats de l'experiment principal i ajuden a falsar la hipòtesi. Rèpliques: Són repeticions de l'experiment sota les mateixes condicions.

Augmenten la fiabilitat dels resultats, permeten estimar la variabilitat natural i reforcen la capacitat de falsar la hipòtesi. 1.7. Elaboració de Dissenys Experimentals Bàsics Un bon disseny experimental considera la selecció adequada de la mostra, la manipulació correcta de les variables i l'ús de controls i rèpliques. També ha de ser reproduïble, de manera que altres investigadors puguin reproduir l'experiment, verificar els resultats i intentar falsar la hipòtesi. 1.8. Anàlisi dels Resultats, Formulació de Conclusions i Falsació Un cop recollides les dades, es realitza una anàlisi estadística per determinar si hi ha diferències significatives entre els grups experimentals.

A partir d'aquesta anàlisi, es poden formular conclusions sobre la hipòtesi inicial i determinar si ha estat falsada o no. 2 BIOMOLÈCULES 2024 2025 2. BIOMOLÈCULES Les biomolècules són les molècules orgàniques essencials per a la vida. Les principals biomolècules són els carbohidrats, els lípids, les proteïnes i els àcids nucleics. Els carbohidrats i els lípids són molècules energètiques. Les proteïnes realitzen nombroses funcions estructurals i catalítiques. Els àcids nucleics, com l'ADN i l'ARN, emmagatzemen i transmeten la informació genètica. Totes les cèl·lules estan formades per aquestes quatre classes de biomolècules, que interactuen de manera coordinada per mantenir l'organisme viu.

2.1 BIOMOLÈCULES: ESTRUCTURA I FUNCIÓ Les biomolècules són els components fonamentals de tots els organismes vius. Estan formades per elements químics com carboni, hidrogen, oxigen, nitrogen, entre d'altres, i tenen una estructura específica que determina la seva funció dins de la cèl·lula. En aquest capítol, explorarem les principals biomolècules, la seva estructura química i com aquesta estructura està relacionada amb les funcions que exerceixen. 1. Glúcids o Hidrats de Carboni Estructura Química: Els glúcids estan formats principalment per carboni, hidrogen i oxigen.

Es poden classificar en monosacàrids (una sola unitat de sucre, com la glucosa), disacàrids (dos monosacàrids units, com la sacarosa) i polisacàrids (moltes unitats de sucre, com el midó). - Funció: Serveixen principalment com a font d'energia ràpida per a la cèl·lula. També tenen funcions estructurals, com en el cas de la cel·lulosa en les plantes. 2. Lípids Estructura Química: Els lípids són compostos hidrofòbics, és a dir, no solubles en aigua. Inclouen greixos (triglicèrids), fosfolípids i esteroides. Els greixos estan formats per glicerol i àcids grassos. - Funció: Els lípids serveixen com a reserva d'energia a llarg termini, aïllants tèrmics i protectors d'òrgans.

Els fosfolípids formen la bicapa lipídica de les membranes cel·lulars, mentre que els esteroides tenen diverses funcions, incloent-hi ser hormones. 3. Pròtids o Proteïnes Estructura Química: Les proteïnes estan formades per cadenes d'aminoàcids units per enllaços peptídics. Hi ha 20 aminoàcids diferents que poden formar proteïnes, i la seqüència en què s'uneixen determina la funció de la proteïna. - Funció: Les proteïnes tenen una àmplia varietat de funcions, incloent-hi ser enzims (que catalitzen reaccions químiques), hormones, anticossos, i moltes altres. També tenen funcions estructurals, com en el cas de la queratina en el cabell i les ungles. 3 4.

Àcids Nucleics Estructura Química: Els àcids nucleics, com l'ADN i l'ARN, estan formats per unitats anomenades nucleòtids. Cada nucleòtid està format per un sucre (desoxiribosa en l'ADN, ribosa en l'ARN), una base nitrogenada (adenina, timina, citosina, guanina en l'ADN; adenina, uracil, citosina, guanina en l'ARN) i un grup fosfat. - Funció: L'ADN conté la informació genètica que dirigeix totes les funcions cel·lulars, mentre que l'ARN actua com a missatger i té un paper clau en la síntesi de proteïnes. 2.2 Classificació de les Biomolècules segons les Funcions Biològiques Les biomolècules, com hem vist anteriorment, són els components fonamentals de tots els organismes vius.

A més de la seva classificació basada en la seva estructura química, també es poden classificar segons les funcions biològiques generals que exerceixen. A continuació, es presenta una classificació de les biomolècules basada en aquestes funcions: 1. Funció Energètica Les biomolècules que proporcionen energia ràpida o l'emmagatzemen per a un ús futur pertanyen a aquesta categoria. Glúcids: Són la principal font d'energia ràpida per a la majoria de les cèl·lules. La glucosa, per exemple, es descompon durant la respiració cel·lular per produir ATP, la moneda energètica de la cèl·lula. Lípids: Actuen com a reserva d'energia a llarg termini.

Un gram de lípid emmagatzema més del doble d'energia que un gram de glúcid. 2. Funció Estructural Aquestes biomolècules són components fonamentals de les estructures cel·lulars i dels teixits. Pròtids: Algunes proteïnes, com la queratina i el col·lagen, tenen funcions estructurals, formant part del cabell, ungles, pell i ossos. Lípids: Els fosfolípids formen la bicapa lipídica de les membranes cel·lulars, proporcionant una barrera selectiva entre l'interior i l'exterior de la cèl·lula. 3. Funció Reguladora Aquestes biomolècules estan involucrades en la regulació i el control de processos biològics.

Pròtids: Moltes hormones són proteïnes que actuen com a missatgers químics, regulant processos com el creixement, el metabolisme i la reproducció. Els enzims, que són proteïnes, catalitzen i regulen les reaccions químiques dins de la cèl·lula. Lípids (Esteroides): Les hormones esteroides, com el cortisol, estrògens, testosterona i altres, actuen com a missatgers químics que regulen una varietat de funcions en l'organisme, des del metabolisme fins a la resposta immunitària i el desenvolupament sexual. 4 4. Funció Portadora d'Informació Genètica Aquestes biomolècules contenen la informació genètica que determina les característiques d'un organisme i com es desenvolupa i funciona.

Àcids Nucleics: L'ADN conté la informació genètica hereditària que dirigeix totes les funcions cel·lulars. L'ARN actua com a missatger, portant la informació de l'ADN als ribosomes per a la síntesi de proteïnes. *Classificació segons funcions biològiques Funció energètica: Glúcids (energia ràpida) i lípids (reserva a llarg termini). Funció estructural: Proteïnes (col·lagen, queratina) i lípids (bicapa lipídica). Funció reguladora: Hormones i enzims (proteïnes, esteroides). Funció informativa: ADN i ARN. 2.3.

Proteïnes 2.3.1 Característiques Químiques, Estructura i Funció Biològica Les proteïnes són macromolècules essencials per a la vida, amb una gran varietat de funcions dins les cèl·lules i els organismes. La seva funció està estretament relacionada amb la seva estructura. 2.3.1.1 Composició Química de les Proteïnes: Les proteïnes estan formades per unitats més petites anomenades aminoàcids. Hi ha 20 aminoàcids diferents que poden formar part de les proteïnes. Cada aminoàcid està format per un grup amino (-NH2), un grup carboxil (-COOH), un àtom d'hidrogen i una cadena lateral o grup R, que varia entre els diferents aminoàcids.

Quan dos aminoàcids s'uneixen mitjançant una reacció de condensació, formen un enllaç peptídic i donen lloc a un dímer anomenat dipèptid. A mesura que més aminoàcids s'afegeixen, es forma un polipèptid. 2.3.1.2 Estructura de les Proteïnes: Les proteïnes són macromolècules complexes amb una estructura específica que determina la seva funció. La seva estructura es pot descriure en quatre nivells diferents, cadascun dels quals aporta una capa addicional de complexitat i especificitat. 5 1. Estructura Primària: Definició: És la seqüència lineal d'aminoàcids en una cadena polipeptídica, determinada per la informació genètica continguda en el DNA.

L'enllaç peptídic és el tipus d'enllaç químic que s'estableix entre dos aminoàcids quan el grup carboxil d'un aminoàcid reacciona amb el grup amino de l'altre, alliberant una molècula d'aigua i formant un enllaç covalent. Aquest enllaç és fonamental per a la formació de proteïnes. Quan els aminoàcids formen un enllaç peptídic, perden el seu caràcter amfòter en els grups funcionals implicats en l'enllaç. Això també pot afectar el punt isoelèctric (pIpI) de la cadena polipeptídica resultant, ja que el nombre i tipus d'àtoms amb càrrega es modifiquen, fent que la molècula tingui un nou valor de pIpI diferent dels aminoàcids individuals.

El pIpI (punt isoelèctric) és el valor de pH on una molècula té una càrrega neta de zero. Importància: La seqüència d'aminoàcids determina la identitat de la proteïna i proporciona la base per als nivells d'estructura superiors. Qualsevol canvi en aquesta seqüència pot afectar la funció de la proteïna. 2. Estructura Secundària: L'estructura secundària de les proteïnes es refereix al plegament local de la cadena polipeptídica en estructures regulars. Aquestes estructures són el resultat de les interaccions entre els grups carboxil i amino de la cadena principal. Hi ha dues estructures secundàries principals: l'hèlix alfa i la fulla beta plegada. 1. Hèlix Alfa: 1.

Descripció: En aquesta estructura, la cadena polipeptídica es gira al voltant d'un eix imaginari, formant una estructura en espiral. Cada torn d'hèlix conté aproximadament 3,6 aminoàcids. 2. Interaccions: Els enllaços d'hidrogen entre el grup carboxil d'un aminoàcid i el grup amino d'un altre aminoàcid situat quatre posicions més endavant en la cadena són responsables de mantenir junta l'estructura en espiral. 3. Importància: L'hèlix alfa proporciona flexibilitat i elasticitat a les proteïnes. És comú en proteïnes que travessen membranes cel·lulars, ja que les seves propietats hidrofòbiques permeten la interacció amb la bicapa lipídica de la membrana. 2. Fulla Beta Plegada: 1.

Descripció: Les cadenes polipeptídiques es disposen paral·lelament o antiparal·lelament en làmines planes. Aquestes làmines estan estabilitzades per enllaços d'hidrogen entre els grups carboxil i amino de cadenes polipeptídiques adjacents. 2. Interaccions: Els enllaços d'hidrogen entre els grups carboxil i amino de cadenes polipeptídiques adjacents són responsables de mantenir junta l'estructura de la fulla beta. 6 3. Importància: Les fulles beta proporcionen resistència i estabilitat a les proteïnes. També poden formar canals o porus en algunes proteïnes de membrana.

A més d'aquestes dues estructures principals, hi ha altres estructures secundàries menys comunes, com els girs o les voltes, que permeten la transició entre regions d'hèlix alfa i fulla beta en la proteïna. 3. Estructura Terciària: Definició: Es refereix al plegament tridimensional complet d'una cadena polipeptídica única. Les interaccions entre els grups laterals dels aminoàcids (com enllaços disulfur, interaccions hidrofòbiques, enllaços d'hidrogen i forces de van der Waals) són responsables d'aquest nivell d'estructura. Importància: L'estructura terciària determina la forma global de la proteïna i la posició dels llocs actius, permetent a la proteïna realitzar la seva funció específica. 4.

Estructura Quaternària: Definició: Es refereix a l'associació de dues o més cadenes polipeptídiques (subunitats) en una única estructura proteica complexa. Aquestes subunitats poden ser idèntiques o diferents. Importància: En proteïnes amb múltiples subunitats, l'estructura quaternària permet la cooperativitat entre subunitats, la qual pot ser essencial per a la funció de la proteïna. Un exemple d'això és l'hemoglobina, que té quatre subunitats que cooperen per lligar-se a l'oxigen. La relació entre l'estructura i la funció de les proteïnes és fonamental en biologia.

Un canvi en qualsevol nivell d'estructura pot tenir conseqüències significatives en la funció de la proteïna, i per tant en la fisiologia de l'organisme. 2.3.1.2 Relació Estructura-Funció: La forma tridimensional o conformació d'una proteïna determina la seva funció. Per exemple, els anticossos tenen una forma que els permet reconèixer i unir-se a antígens específics, mentre que els enzims tenen un lloc actiu que encaixa amb el seu substrat específic. 2.3.1 Funcions de les Proteïnes Funció estructural: Les proteïnes proporcionen suport i estructura a les cèl·lules i teixits. Per exemple, la queratina és una proteïna que es troba en la pell, els cabells i les ungles.

Funció enzimàtica (biocatalitzadors): Els enzims són proteïnes que catalitzen reaccions químiques dins de l'organisme, accelerant-les i permetent que es produeixin a taxes més altes. Funció de transport: Algunes proteïnes transporten molècules específiques a través de la membrana cel·lular o dins de la cèl·lula. Per exemple, l'hemoglobina és una proteïna que transporta l'oxigen en la sang. 7 Funció defensiva: Les proteïnes com els anticossos són essencials per al sistema immunitari, ja que ajuden a identificar i neutralitzar agents patògens com virus i bacteris. Funció hormonal: Algunes hormones són proteïnes que regulen processos metabòlics i altres funcions en l'organisme.

Per exemple, la insulina és una proteïna que regula els nivells de sucre en la sang. Funció de contractilitat: Les proteïnes com l'actina i la miosina són responsables de la contractilitat muscular, permetent el moviment. Funció de reserva: Algunes proteïnes serveixen com a reserves d'aminoàcids. Un exemple d'això és l'ovoalbúmina, present en l'ou. Funció de senyalització: Les proteïnes poden actuar com a receptors en la superfície cel·lular, transmetent senyals d'una cèl·lula a una altra. Funció reguladora: Algunes proteïnes regulen l'expressió gènica i determinen quins gens estan actius en una cèl·lula en un moment determinat.

Funció de coagulació: Les proteïnes com la fibrina són essencials en el procés de coagulació sanguínia. 2.3.2 Propietats de les proteïnes Especificitat L'especificitat de les proteïnes es refereix a la seva capacitat per interactuar amb molècules o ions específics. Aquesta propietat és crucial per a la funció d'enzims, receptors i anticossos. Per exemple, els enzims tenen llocs actius que són específics per a un determinat substrat, permetent que la reacció catalitzada tingui lloc de manera eficient. Capacitat Amortidora Les proteïnes poden actuar com a amortidors en solucions biològiques.

Això es deu a la presència de grups funcionals que poden donar o acceptar protons (H+), ajudant així a mantenir el pH d'un medi biològic dins d'un rang estret i estable. Desnaturalització La desnaturalització és el procés pel qual una proteïna perd la seva estructura tridimensional i, per tant, la seva funcionalitat. Això pot ser causat per factors com la temperatura, el pH o la presència de detergents. La desnaturalització pot ser reversible o irreversible, depenent de la naturalesa de la proteïna i les condicions experimentals. Solubilitat La solubilitat de les proteïnes no només es limita a la seva capacitat per dissoldre's en solucions aquoses o no aquoses.

En alguns casos, les proteïnes formen dispersions col·loidals en lloc de solucions veritables. Una dispersió col·loidal és un sistema en què les partícules de la fase dispersa (en aquest cas, les proteïnes) són prou grans per a dispersar la llum però massa petites per a precipitar-se. Aquestes partícules estan suspeses en un medi continu, que sol ser aquós en sistemes biològics. 8 Les dispersions col·loidals de proteïnes són comunes en processos biològics i tecnològics. Per exemple, en la indústria alimentària, les proteïnes de la llet formen una dispersió col·loidal que contribueix a la textura i la consistència dels productes làctics.

En l'àmbit cel·lular, algunes proteïnes formen complexes col·loidals que faciliten processos com la senyalització cel·lular o el transport de molècules. Estabilitat Tèrmica L'estabilitat tèrmica es refereix a la capacitat d'una proteïna per mantenir la seva estructura i funció a diferents temperatures. Algunes proteïnes són molt estables i poden funcionar en condicions extremes, com les proteïnes termoestables que es troben en organismes que viuen en fonts hidrotermals. 2.3.3 Enzims: Biocatalitzadors i Reguladors del Metabolisme Els enzims són proteïnes que actuen com a catalitzadors, accelerant reaccions químiques específiques dins la cèl·lula sense ser consumits en el procés.

Regulen el metabolisme en controlar la velocitat de les reaccions químiques. 2.3.1 Factors que Afecten l'Activitat Enzimàtica: 1. Concentració de Substrat: A mesura que augmenta, la velocitat de reacció també augmenta fins que l'enzim està saturat. 2. Temperatura: Cada enzim té una temperatura òptima. Si se supera, l'enzim es pot desnaturalitzar. 3. pH: Cada enzim té un pH òptim. Valors fora d'aquest rang poden desnaturalitzar l'enzim. 4. Inhibidors: Substàncies que disminueixen l'activitat enzimàtica. La desnaturalització d'un enzim és el procés pel qual l'enzim perd la seva conformació nativa i activitat catalítica.

Això ocorre quan l'enzim és sotmès a condicions que alteren les interaccions que estabilitzen la seva estructura tridimensional, especialment les estructures terciària i quaternària. 2.3.2 Especificitat Enzimàtica L'especificitat enzimàtica es refereix a la capacitat d'un enzim per seleccionar i actuar sobre un substrat específic entre una gran varietat de molècules similars. Aquesta propietat única dels enzims és fonamental per a la seva funció biològica i per a la regulació precisa del metabolisme cel·lular. 1. Tipus d'Especificitat Enzimàtica: Especificitat Absoluta: L'enzim actua només sobre un substrat específic i no sobre cap altre.

Exemple: La tirosinasa és un enzim que actua específicament sobre la tirosina, un aminoàcid, i no sobre altres aminoàcids. Especificitat de Grup: L'enzim actua sobre molècules amb un grup químic particular o una estructura similar. Exemple: Les esterases són enzims que poden hidrolitzar diversos èsters, ja que 9 reconeixen el grup èster en comú entre ells. Especificitat d'Enllaç: L'enzim reconeix un enllaç específic o una estructura tridimensional en el substrat, permetent-li actuar sobre una varietat de substrats que contenen aquest enllaç o estructura. Exemple: Les proteases són enzims que trencan els enllaços peptídics en proteïnes, independentment dels aminoàcids específics involucrats.

2. Mecanisme d'Especificitat: L'especificitat enzimàtica es basa en la complementarietat entre l'enzim i el substrat. Aquesta complementarietat pot ser de naturalesa química (càrrega, polaritat) o espacial (forma o estructura tridimensional). El lloc actiu de l'enzim, on es produeix la reacció, està format per un conjunt específic d'aminoàcids que proporcionen un entorn únic que reconeix i es lliga al substrat. 3. Importància de l'Especificitat Enzimàtica: Regulació Metabòlica: L'especificitat garanteix que les reaccions metabòliques es produeixin en el moment i lloc adequats dins de la cèl·lula.

Evitació d'Interferències: En actuar només sobre substrats específics, els enzims eviten reaccions no desitjades que podrien ser perjudicials per a la cèl·lula. Optimització de la Velocitat de Reacció: L'adaptació d'un enzim a un substrat específic permet que la reacció es produeixi a una velocitat òptima, garantint l'eficiència metabòlica. 2.4 Àcids nucleics Els àcids nucleics són macromolècules biològiques essencials per a la vida. Són els portadors de la informació genètica de tots els éssers vius i dirigeixen la síntesi de proteïnes, que són les molècules responsables de la majoria de les funcions cel·lulars.

Hi ha dos tipus principals d'àcids nucleics: l'àcid desoxiribonucleic (ADN) i l'àcid ribonucleic (ARN). Àcid Desoxiribonucleic (ADN): 1. Estructura: L'ADN és una molècula bicatenària en forma de doble hèlix. Cada cadena està formada per unitats anomenades nucleòtids, que contenen una base nitrogenada (adenina, timina, citosina o guanina), un sucre (desoxiribosa) i un grup fosfat. 2. Funció: L'ADN conté la informació genètica hereditària. Aquesta informació determina les característiques d'un organisme i dirigeix la síntesi de proteïnes. 3.

Ubicació en eucariotes: En les cèl·lules eucariotes, l'ADN es troba principalment al nucli cel·lular, encara que també es pot trobar en les mitocòndries i en els cloroplasts. 4. Ubicació en procariotes: En les cèl·lules procariotes, com els bacteris, l'ADN es troba en una regió anomenada nucleoide, ja que aquestes cèl·lules no tenen un nucli definit. Àcid Ribonucleic (ARN): 1. Estructura: A diferència de l'ADN, l'ARN és una molècula monocatenària. També està format per nucleòtids, però el sucre és la ribosa i la base nitrogenada uracil substitueix la timina. 10 2. Funció: L'ARN actua com a missatger entre l'ADN i els ribosomes per a la síntesi de proteïnes.

Existeixen diversos tipus d'ARN, incloent-hi l'ARN missatger (ARNm), l'ARN de transferència (ARNt) i l'ARN ribosòmic (ARNr), cadascun amb funcions específiques en la síntesi de proteïnes. 3. Ubicació en eucariotes: L'ARN es troba tant al nucli com al citoplasma de les cèl·lules eucariotes. 4. Ubicació en procariotes: En les cèl·lules procariotes, l'ARN es troba al citoplasma. 2.4.1 Nucleòtids lliures Els nucleòtids lliures són nucleòtids que no estan incorporats en una cadena d'àcid nucleic (com l'ADN o l'ARN) i que es troben en el citoplasma cel·lular. Aquests nucleòtids tenen diverses funcions en la cèl·lula: 1.

Síntesi d'àcids nucleics: Els nucleòtids lliures són els precursors immediats per a la síntesi d'ADN i ARN. Durant la replicació de l'ADN o la transcripció de l'ARN, les polimerases afegeixen nucleòtids lliures a la cadena en creixement segons la seqüència de la plantilla. 2. Transport d'energia: Alguns nucleòtids, com l'adenosina trifosfat (ATP) o la guanina trifosfat (GTP), actuen com a molècules de transport d'energia. L'ATP, en particular, és la principal moneda energètica de la cèl·lula. 3. Senyalització cel·lular: Certs nucleòtids, com l'AMPc (adenosina monofosfat cíclic), actuen com a segons missatgers en rutes de senyalització cel·lular. L'AMPc és un missatger intern de la cèl·lula.

Quan la cèl·lula rep un senyal extern, l'AMPc ajuda a comunicar aquest senyal a altres parts de la cèl·lula perquè respongui de manera adequada. 4. Coenzims: Alguns nucleòtids formen part de coenzims, que són molècules que ajuden els enzims a realitzar les seves funcions. Un exemple d'això és el NAD (nicotinamida adenina dinucleòtid) i el FAD (flavina adenina dinucleòtid), que actuen com a acceptors i donants d'electrons en reaccions redox. 5. Regulació de processos cel·lulars: Els nivells de nucleòtids lliures poden influir en diverses rutes metabòliques i processos cel·lulars, com la divisió cel·lular o la síntesi de proteïnes.

Els nucleòtids lliures es generen a partir de la degradació d'àcids nucleics o a través de rutes biosintètiques en la cèl·lula. La disponibilitat d'aquests nucleòtids és crucial per a la funció cel·lular normal, i la seva síntesi i degradació estan estrictament regulades. 11 METABOLISME 2024 2025 3. METABOLISME El metabolisme engloba totes les reaccions químiques que tenen lloc a la cèl·lula per mantenir-la viva. Inclou processos catabòlics que degraden nutrients alliberant energia, i anabòlics que sintetitzen molècules complexes. El metabolisme està regulat per enzims i vies metabòliques interconnectades com la glucòlisi, cicle de Krebs i cadena respiratòria.

L'ATP actua com a moneda energètica transferint energia d'unes reaccions a altres. L'estudi del metabolisme permet conèixer el funcionament integrat de la cèl·lula i relacionar-lo amb la fisiologia de l'organisme. Les alteracions metabòliques provoquen nombroses patologies com la diabetis o errors congènits del metabolisme. 3.1 Comparació entre anabolisme i catabolisme Anabolisme: Es refereix a les reaccions químiques que construeixen molècules més grans a partir de molècules més petites. Aquestes reaccions requereixen energia. Un exemple d'això seria la síntesi de proteïnes a partir d'aminoàcids.

Catabolisme: Es refereix a les reaccions químiques que trenquen molècules més grans en molècules més petites. Aquestes reaccions alliberen energia. Un exemple d'això seria la degradació de la glucosa a través de la glicòlisi. Esquema general del metabolisme El metabolisme pot ser visualitzat com una xarxa de vies metabòliques on les molècules són transformades, energia és alliberada o consumida, i on es produeixen residus. 12 Diferència entre via metabòlica i reacció química Via metabòlica: Es refereix a una sèrie de reaccions químiques que es produeixen en un ordre determinat. Cada pas d'una via metabòlica està catalitzat per un enzim específic.

Reacció química: Es refereix a la transformació d'una o més substàncies en una o més substàncies noves. Una reacció química pot ser un pas dins d'una via metabòlica. Reaccions globals de les principals vies metabòliques * 6 a eucariotes i 8 a procariotes. / ** 36 a eucariotes i 38 a procariotes. 3.2 Tipus metabòlics Font d'energia: Es refereix a l'origen des d'on un organisme obté l'energia necessària per realitzar les seves funcions vitals. Aquesta energia pot provenir de la llum (com en el cas de les plantes que realitzen fotosíntesi) o de reaccions químiques (com en el cas dels animals que obtenen energia de la glucosa a través de la respiració).

Llum: Tipus: Fotòtrof (Llum solar utilitzada en la fotosíntesi) Reaccions químiques: Tipus: Quimiòtrof (Oxidació de la glucosa en la respiració cel·lular). Font de carboni: Indica d'on un organisme obté el carboni, un element essencial per construir molècules orgàniques com proteïnes, lípids i àcids nucleics. Alguns organismes, com les plantes, obtenen carboni directament del diòxid de carboni (CO ) present en l'aire, mentre que altres, com els animals, obtenen carboni consumint matèria orgànica. Matèria Inorgànica: Tipus: Autòtrof (Diòxid de carboni present en l'atmosfera) Matèria orgànica: Tipus: Heteròtrof (Restes vegetals i animals, compost, aliments).

Font reductora: Es refereix a la font des d'on un organisme obté electrons, que són essencials per a diverses reaccions químiques dins de la cèl·lula. Aquests electrons poden provenir de compostos orgànics (com la glucosa) o de compostos inorgànics (com el sulfur o el ferro). La transferència d'electrons és una part clau del metabolisme i de la producció d'energia en els éssers vius. Compostos orgànics: Tipus: Organòtrof (Glucosa, àcids grassos, aminoàcids). Compostos inorgànics: Tipus: Litòtrof (Aigua, Sulfur, ferro, nitrats).

13 Aquests tipus metabòlics principals es combinen per formar tots els tipus metabòlics Tipus metabòlic Font d'energia Font de carboni Font reductora Exemples d'essers vius Fotolitoautòtrof Llum CO Inorgànic (H O, sofre) Plantes, cianobacteris, bacteris verds del sofre Fotoorganoautòtrof Llum CO Orgànic (Glucosa, àcids grassos) Rhodospirillum (bacteris púrpura no del sofre) Fotolitoheteròtrof Llum Glucosa, aminoàcids Inorgànic (H S, Fe² ) Cianobacteris mixotròfiques en condicions específiques Fotoorganoheteròtr of Llum Glucosa, aminoàcids Orgànic (Glucosa, àcids grassos) Rhodobacter sphaeroides Quimiolitoautòtrof Oxidació de compostos inorgànics (H , NH , Fe² ) CO Inorgànic (H , NH , Fe² ) Nitrosomonas, Acidithiobacillus ferrooxidans Quimioorganoautòtr of Oxidació de compostos orgànics (Glucosa, àcids grassos) CO Orgànic (Glucosa, àcids grassos) Hydrogenophaga pseudoflava Quimiolitoheteròtro f Oxidació de compostos inorgànics (H S, Fe² ) Glucosa, aminoàcids Inorgànic (H S, Fe² ) Paracoccus denitrificans(amb H ) Quimioorganoheter òtrof Oxidació de compostos orgànics (Glucosa, àcids grassos) Glucosa, aminoàcids Orgànic (Glucosa, àcids grassos) Humans, fongs, protozous, animals 14 15 CATABOLISME El catabolisme és la branca del metabolisme que es refereix al conjunt de reaccions bioquímiques que tenen lloc dins d'un organisme per descompondre molècules més grans en molècules més petites.

Aquestes reaccions solen ser exergòniques, és a dir, alliberen energia. L'energia alliberada pot ser utilitzada per l'organisme per realitzar treball o per produir compostos d'alta energia, com ara ATP. Exemples comuns de processos catabòlics inclouen la glucòlisi (la descomposició de la glucosa) i la beta-oxidació (la descomposició dels àcids grassos). 1. Respiració Cel·lular: Processos Aeròbics i Anaeròbics en el Metabolisme Energètic 1.1 Diferenciació entre catabolisme cel·lular aeròbic i anaeròbic, i el balanç energètic El catabolisme es refereix a la descomposició de molècules orgàniques complexes en molècules més simples, amb la conseqüent alliberació d'energia.

Aquesta energia alliberada se sol emmagatzemar en forma d'ATP, una molècula que la cèl·lula utilitza com a moneda energètica. 1. Catabolisme anaeròbic: Es produeix en absència d'oxigen. La principal ruta d'aquest tipus de catabolisme és la glucòlisi, on la glucosa es descompon en dues molècules de piruvat. Si no hi ha oxigen disponible, el piruvat pot ser processat a través de diferents vies de fermentació, com la fermentació làctica o la fermentació alcohòlica, depenent de l'organisme. El balanç energètic d'aquest procés és relativament baix, produint només 2 molècules d'ATP per glucosa. 2. Catabolisme aeròbic: Es produeix en presència d'oxigen.

Després de la glucòlisi, el piruvat entra al mitocondri, on es descarboxila i entra al cicle de Krebs. Aquest cicle produeix molècules que alimenten la cadena de transport d'electrons, culminant en la fosforilació oxidativa, on es produeix la major part de l'ATP. El balanç energètic és molt més alt que en el catabolisme anaeròbic, amb fins a 36 molècules d'ATP per glucosa. 1.2 Paper de l'oxigen en la respiració aeròbica L'oxigen actua com a acceptor final d'electrons en la cadena de transport d'electrons. Quan els electrons arriben al final de la cadena, s'uneixen amb l'oxigen i amb protons per formar aigua.

Aquest pas és essencial per mantenir el flux d'electrons a través de la cadena i per produir ATP a través de la fosforilació oxidativa. 16 1.3 Fases de la respiració cel·lular i relacionar-les amb l'estructura del mitocondri (en eucariotes) 1. Glicòlisi: Es produeix al citoplasma de la cèl·lula. La glucosa es descompon en dues molècules de piruvat. 2. Descarboxilació del piruvat: Aquesta fase es produeix a la matriu mitocondrial. El piruvat es converteix en Acetil-CoA, que pot entrar al cicle de Krebs. 3. Beta-oxidació dels àcids grassos: També es produeix a la matriu mitocondrial. Els àcids grassos són descompostos per produir Acetil-CoA, que pot ser utilitzat en el cicle de Krebs.

La beta-oxidació no és una fase de la respiració cel·lular en si mateixa, però està estretament relacionada amb ella, ja que serveix com a pont entre el metabolisme dels lípids i la respiració cel·lular, permetent que els àcids grassos siguin usats com a font d'energia a través de la respiració cel·lular. 4. Cicle de Krebs: Es produeix a la matriu mitocondrial. L'Acetil-CoA entra al cicle, on es descompon completament, produint CO i transferint electrons a portadors que alimenten la cadena de transport d'electrons. 5. Fosforilació oxidativa: Es produeix a la membrana interna del mitocondri.

Els electrons transferits al llarg de la cadena de transport d'electrons generen un gradient de protons a través de la membrana, que impulsa la producció d'ATP a través de l'ATP sintasa. L'estructura del mitocondri, amb la seva doble membrana i la matriu interna, permet la separació i eficiència d'aquests processos. La membrana interna conté les proteïnes de la cadena de transport d'electrons i l'ATP sintasa, mentre que la matriu conté els enzims necessaris per al cicle de Krebs, la descarboxilació del piruvat i la beta-oxidació dels àcids grassos. 17 2. RESPIRACIÓ AERÒBICA 1.

Glicòlisi: Localització: Citoplasma Substrat inicial: 1 Glucosa 2 NAD 2 ADP + 2 Pi Producte final: 2 Piruvat 2 NADH + 2 H 2 ATP (net) 2 H O (provinent de la fosforilació a nivell de substrat) Balanç energètic: 2 ATP 2 NADH (6 ATP) Oxidació/Reducció de coenzims: Reducció de NAD a NADH 2. Conversió de Piruvat a Acetil-CoA: Localització: Matriu mitocondrial Substrat inicial: Piruvat Producte final: Acetil-CoA + CO + NADH Balanç energètic: Per cada molècula de piruvat: 1 NADH (3 ATP) Com que 1 glucosa produeix 2 piruvats: 2 NADH (6 ATP) per glucosa Oxidació/Reducció de coenzims: Reducció de NAD a NADH 3.

Cicle de Krebs (Cicle de l'àcid cítric): Localització: Matriu mitocondrial Substrat inicial per acetil-CoA: 1 Acetil-CoA 3 NAD 1 FAD 1 ADP + 1 Pi 1 H O (per a la hidratació de fumarat a malat) Producte final per acetil-CoA: 2 CO 1 CoA 18 3 NADH + 3 H 1 FADH 1 GTP (que pot ser convertit directament a ATP) Balanç energètic per cada volta del cicle (per cada acetil-CoA): 3 NADH (9 ATP) 1 FADH (2 ATP) 1 GTP (que pot ser convertit directament a ATP) Balanç energètic per glucosa (per 2 acetil-CoA): 6 NADH (18 ATP) 2 FADH (4 ATP) 2 GTP (2 ATP) Oxidació/Reducció de coenzims: Reducció de NAD a NADH. Reducció de FAD a FADH 4.

Fosforilació oxidativa: Localització: Membrana interna mitocondrial Substrat inicial per glucosa: 10 NADH 2 FADH ~28 ADP ~28 Pi 6 O Producte final: ~28 ATP 6 H O 10 NAD 2 FAD H (que són utilitzats per l'ATP sintasa per produir ATP) Balanç energètic Per cada NADH es formen aproximadament 3 ATP i per cada FADH es formen aproximadament 2 ATP Com que 1 glucosa produeix 10 NADH i 2 FADH : 30 ATP (10 NADH x 3 ATP/NADH) + 4 ATP (2 FADH x 2 ATP/FADH ) = 34 ATP Oxidació/Reducció de coenzims: Oxidació de NADH i FADH 19 Balanç energètic de la respiració aeròbica Procediment Substrat inicial Producte final NADH FADH ATP Glicòlisi 1 Glucosa 2 Piruvat 2 - 2 Conversió de Piruvat a Acetil-CoA 2 Piruvat 2 Acetil-CoA + 2 CO 2 - - Cicle de Krebs 2 Acetil-CoA 4 CO + 2 CoA 6 2 2 Fosforilació oxidativa 10 NADH, 2FADH ATP, H O -10 -2 34 Total per glucosa Glucosa 6CO2 + 6H2O 0 0 36-38* *Els 38 ATP són en procariotes, en eucariotes es produeixen 2 ATP menys, es a dir 36 ATP per glucosa.

En les cèl·lules eucariotes, la glicòlisi té lloc en el citoplasma, mentre que la fosforilació oxidativa es produeix dins de les mitocòndries. Això significa que els NADH produïts durant la glicòlisi han de ser transportats des del citoplasma a la mitocòndria per poder donar els seus electrons a la cadena de transport d'electrons i contribuir a la producció d'ATP. El transport d'aquests electrons a través de la membrana mitocondrial no és directe i requereix l'ús de transportadors d'electrons que tenen un cost energètic.

Com que es produeixen 2 NADH per glucosa durant la glicòlisi, això resulta en una pèrdua neta de 2 ATP per glucosa quan es compara amb el rendiment teòric màxim de la fosforilació oxidativa en cèl·lules procariotes, on no hi ha aquesta barrera de transport. Transportadors d'energia i poder reductor ATP: És la principal molècula transportadora d'energia en les cèl·lules. L'energia s'allibera quan es trenca un enllaç fosfat. NADH, NADPH i FADH : Són coenzims que actuen com a transportadors de poder reductor. Aquests coenzims són essencials per a moltes reaccions d'oxidació-reducció dins de la cèl·lula.

El poder reductor es refereix a la capacitat d'una molècula, àtom o ió per donar electrons a una altra substància en una reacció química, especialment en les reaccions d'oxidació-reducció. Les substàncies amb un alt poder reductor són bons donants d'electrons i, per tant, poden ser oxidades fàcilment. En el context del metabolisme cel·lular, el poder reductor es troba sovint en forma de coenzims com el NADH, el NADPH i el FADH . Aquests coenzims són capaços de donar electrons a altres molècules, facilitant així diverses reaccions metabòliques, com ara la producció d'energia o la síntesi de molècules complexes.

20 Un coenzim és una molècula orgànica no proteica que es lliga a un enzim i és necessària per a l'activitat catalítica d'aquests enzims. Els coenzims actuen com a portadors temporals d'electrons, àtoms o grups funcionals, transferint-los d'una molècula a una altra durant el procés de catàlisi. A diferència dels substrats, que són les molècules sobre les quals actuen els enzims, els coenzims no són consumits en les reaccions enzimàtiques. En canvi, es regeneren i es reutilitzen en múltiples cicles de reacció. 2.1 Glicòlisi La glicòlisi és la primera fase de la respiració cel·lular, un procés essencial per a la generació d'energia en les cèl·lules.

Aquest procés es duu a terme en el citoplasma de les cèl·lules i és comú a tots els organismes vius, des de bacteris fins a humans. Durant la glicòlisi, una molècula de glucosa (C H O ) es descompon en dues molècules de piruvat (C H O ), produint energia en forma d'ATP. Fases de la glicòlisi 1. Fase d'inversió d'energia: La molècula de glucosa és fosforilada dues vegades per consumir 2 molècules d'ATP. Aquesta fase prepara la glucosa per ser escindida en dues molècules més petites. L'enzim principal que catalitza aquesta reacció és la hexocinasa, que converteix la glucosa en glucosa-6-fosfat. 2.

Fase de ruptura: La glucosa fosforilada es trenca en dues molècules de 3 carbonis anomenades gliceraldehid-3-fosfat. 3. Fase de generació d'energia En aquest punt, el gliceraldehid-3-fosfat es transforma en piruvat, i es produeixen 4 molècules d'ATP i 2 molècules de NADH. Com que s'han utilitzat 2 molècules d'ATP a l'inici, el balanç net d'energia de la glicòlisi és de 2 molècules d'ATP i 2 molècules de NADH. Resultat global de la glicòlisi: Glucosa + 2 NAD + 2 ADP + 2 Pi 2 Piruvat + 2 NADH + 2 ATP + 2 H O + 2 H Importància de la glicòlisi: És la primera via metabòlica en la degradació de la glucosa i té lloc en absència d'oxigen (anaeròbia).

El piruvat generat pot seguir dos camins: En condicions aeròbies, entra a la mitocòndria per ser oxidat completament al cicle de Krebs. En condicions anaeròbies, es transforma en lactat (fermentació làctica) o etanol (fermentació alcohòlica en llevats). Aplicacions biològiques: La glicòlisi és fonamental per proporcionar energia ràpida, especialment en cèl·lules amb una demanda energètica alta, com les cèl·lules musculars durant l'exercici intens. 21 2.2 Cicle de Krebs Cicle de Krebs (Anomenat també cicle de l'àcid cítric o cicle dels àcids tricarboxílics) Entrada: Cada molècula de piruvat generada a la glicòlisi es transforma en acetil-CoA dins la mitocòndria (descarboxilació del piruvat).

L'acetil-CoA entra al cicle i es combina amb l'oxalacetat per iniciar el procés. Sortida: Es produeixen 2 molècules de CO per cada acetil-CoA. Es generen molècules d'energia en forma de: 3 NADH 1 FADH 1 ATP (o GTP, segons la cèl·lula). Balanç energètic (per molècula de glucosa): Com que el cicle es repeteix dues vegades per cada glucosa, el balanç global és: 6 NADH 2 FADH 2 ATP 4 CO Importància: El Cicle de Krebs és fonamental per a la respiració cel·lular, ja que subministra els electrons (NADH i FADH ) que es faran servir a la cadena de transport d'electrons per produir grans quantitats d'ATP. 3.

RESPIRACIÓ ANAERÒBIA La respiració anaerobia és un procés metabòlic que té lloc a les cèl·lules en absència d'oxigen. Utilitza la glicòlisi per obtenir ATP a partir de la glucosa, però no utilitza la cadena respiratòria. En lloc d'això, l'àcid pirúvic s'atura a l'àcid làctic, que s'acumula i provoca fatiga muscular. La respiració anaerobia és utilitzada durant exercici intens i per cèl·lules que no tenen mitocondris. Aporta energia limitada però permet sobreviure en condicions de baix oxigen. 3.1 Fermentació làctica La fermentació làctica és un procés anaeròbic en el qual els carbohidrats, com la glucosa, es converteixen en àcid làctic.

Aquest procés es duu a terme per bacteris làctics com els lactobacils. En la glicòlisi, la glucosa es converteix en piruvat, generant 2 molècules d'ATP per cada molècula de glucosa. En absència d'oxigen, el piruvat no pot entrar al cicle de Krebs i es redueix a àcid làctic pel lactat deshidrogenasa. L'àcid làctic s'acumula i fa que el medi es torni àcid, inhibint el creixement de bacteris patògens. A més, l'àcid làctic confereix el sabor característic a productes com el iogurt o el formatge. 22 Reacció: 1. Glucosa 2 Piruvat + 2 ATP 2. Piruvat + NADH + H+ Àcid làctic + NAD+ 3.2 Fermentació alcohòlica La fermentació alcohòlica converteix els carbohidrats en etanol.

La duen a terme llevats com el Saccharomyces cerevisiae. En la glicòlisi es genera piruvat, que es descarboxila a acetaldehid pel piruvat descarboxilasa. L'acetaldehid es redueix a etanol per l'alcohol deshidrogenasa, oxidant el NADH a NAD+. Reacció: 1. Glucosa 2 Piruvat + 2 ATP 2. Piruvat Acetaldehid + CO 3. Acetaldehid + NADH + H+ Etanol + NAD+ L'etanol i el CO són productes de rebuig. En total es generen 2 molècules d'ATP per cada molècula de glucosa durant la fermentació alcohòlica. 3.3 Comparació entre la fermentació làctica i la fermentació alcohòlica FERMENTACIÓ LÀCTICA FERMENTACIÓ ALCOHÒLICA El principal subproducte és l'àcid làctic. No es produeix gas.

Els subproductes són etanol (alcohol) i diòxid de carboni (CO ). El CO és el que fa que les begudes fermentades com la cervesa i el xampany tinguin bombolles. Principalment realitzada per bacteris làctics i també en els músculs humans durant l'exercici intens. Realitzada principalment per llevats Utilitzada en la producció de iogurt, formatge. Utilitzada en la producció de begudes alcohòliques com la cervesa, el vi, el xampany, així com en la producció de pa. Es produeix en absència d'oxigen i és una via ràpida per obtenir energia, especialment en músculs quan l'oxigen es torna escàs. També es produeix en absència d'oxigen.

Els llevats utilitzen aquesta via quan no hi ha oxigen disponible o quan hi ha una alta concentració de sucre. Producció de 2 ATP per glucosa. També produeix 2 molècules d'ATP per glucosa. L'acumulació d'àcid làctic pot causar fatiga muscular i dolor. L'acumulació d'alcohol pot ser tòxica per a molts microorganismes, incloent-hi els llevats que la realitzen 23 3.4 Fermentació i Respiració: Degradacions Biomoleculars i Aplicacions Alimentàries 1.

Reconèixer les fermentacions com a degradacions parcials de les biomolècules i la seva aplicació en l'obtenció d'aliments: Les fermentacions són processos metabòlics que es produeixen en absència d'oxigen i són considerades degradacions parcials de les biomolècules, principalment de la glucosa. Això significa que, a través de la fermentació, la glucosa no es descompon completament a diòxid de carboni i aigua com ho fa en la respiració aeròbica. En lloc d'això, es transforma en altres compostos com l'àcid làctic o l'etanol. 1.

Aplicació en l'obtenció d'aliments: Fermentació làctica: Es produeix àcid làctic com a producte final, i aquesta fermentació és utilitzada en la producció d'aliments com el iogurt, el formatge, la xucrut i el kimchi. Fermentació alcohòlica: Produïda principalment per llevats, aquesta fermentació genera etanol i CO . Es fa servir en la producció de begudes alcohòliques com el vi i la cervesa, així com en la producció de pa, on el CO fa que la massa pugi. 2. Comparació del balanç energètic de la respiració i la fermentació: Respiració aeròbica: Aquesta és la via metabòlica que es produeix en presència d'oxigen.

La glucosa es descompon completament a diòxid de carboni i aigua, alliberant una gran quantitat d'energia en el procés. En termes d'ATP (la moneda energètica de la cèl·lula), es poden produir fins a 38 molècules d'ATP per cada molècula de glucosa a través de la respiració aeròbica. Fermentació: Com que la fermentació és una degradació parcial de la glucosa, la quantitat d'energia alliberada és molt menor que en la respiració aeròbica. Tant en la fermentació làctica com en l'alcohòlica, només es produeixen 2 molècules d'ATP per cada molècula de glucosa. La respiració aeròbica és molt més eficient en termes d'energia produïda per molècula de glucosa en comparació amb la fermentació.

No obstant això, la fermentació té el seu valor, especialment en condicions on l'oxigen és limitat o absent, i en la producció d'una varietat d'aliments i begudes que consumim regularment. 24 ANABOLISME L'anabolisme és la branca del metabolisme que es refereix al conjunt de reaccions bioquímiques que tenen lloc dins d'un organisme per construir o sintetitzar molècules més grans a partir de molècules més petites. Aquestes reaccions solen ser endergòniques, és a dir, requereixen una aportació d'energia. L'energia necessària sol procedir de compostos d'alta energia, com ara ATP.

Exemples comuns de processos anabòlics inclouen la síntesi de proteïnes a partir d'aminoàcids, la formació de lípids a partir d'àcids grassos i glicerol, i la síntesi de glucosa a partir de precursors més petits en la gluconeogènesi. 1. ANABOLISME AUTÒTROF L'anabolisme autòtrof es refereix a la capacitat d'alguns organismes de sintetitzar matèria orgànica a partir de matèria inorgànica utilitzant l'energia obtinguda de la llum (fotosíntesi) o de reaccions químiques (quimiosíntesi). Aquests organismes són coneguts com a autòtrofs i són essencials per a la vida a la Terra, ja que són la base de la cadena alimentària.

Fotosíntesi Concepte: La fotosíntesi és el procés pel qual les plantes, algues i alguns bacteris utilitzen la llum solar per convertir diòxid de carboni i aigua en glucosa i oxigen. La glucosa produïda pot ser usada com a font d'energia o com a bloc de construcció per a altres molècules orgàniques. Reacció Global: 6CO2+6H2O+energia lluminosa C6H12O6+6O2 6CO2+6H2O+energia lluminosa C6H12O6+6O2 Balanç: La fotosíntesi transforma l'energia lluminosa en energia química emmagatzemada en forma de glucosa. Al mateix temps, es produeix oxigen com a subproducte.

Localització Cel·lular: La fotosíntesi té lloc dins dels cloroplasts, uns orgànuls especialitzats presents en les cèl·lules vegetals i d'algunes algues. Relació amb els Cloroplasts: Els cloroplasts contenen pigments com la clorofil·la, que captura l'energia lluminosa. Aquests orgànuls estan dividits en dues parts principals: els tilacoides, on es produeix la fase lluminosa, i l'estroma, on es produeix la fase fosca. 1.1 Fase lluminosa La fase lluminosa de la fotosíntesi és el conjunt de processos que tenen lloc a les membranes dels tilacoides dels cloroplasts, on es capta i transforma l'energia lluminosa en energia química.

Els cloroplasts contenen pigments fotosintètics, com la clorofil·la a i b, que absorbeixen la llum i l'utilitzen per generar molècules d'alta energia com ATP i NADPH. Aquesta fase és essencial per proporcionar l'energia necessària per a la fase biosintètica, que té lloc a continuació. 25 Fotons i excitació dels pigments Els pigments, principalment la clorofil·la, capten l'energia dels fotons que provenen de la llum solar. Aquesta energia excita els electrons de la clorofil·la, elevant-los a un estat energètic superior. Els electrons excitats s'alliberen de les molècules de clorofil·la i s'envien a la cadena de transport d'electrons.

Fotòlisi de l'aigua Un aspecte fonamental de la fase lluminosa és la fotòlisi de l'aigua, que té lloc als tilacoides. En aquest procés, l'energia lluminosa es fa servir per dividir l'aigua en oxigen, protons i electrons. Els protons s'utilitzen per generar un gradient electroquímic, els electrons alliberats substitueixen els electrons perduts per la clorofil·la, i l'oxigen es desprèn com a subproducte. Cadena de transport d'electrons Els electrons excitats passen a través d'una sèrie de proteïnes situades a la membrana dels tilacoides.

Aquestes proteïnes constitueixen la cadena de transport d'electrons, que permet la transferència d'energia per sintetitzar ATP a partir d'ADP i fosfat inorgànic. Aquest procés es coneix com a fosforilació acoblada a la fotòlisi de l'aigua. Generació de NADPH Simultàniament a la producció d'ATP, els electrons en moviment s'utilitzen per reduir NADP+ i formar NADPH. Aquesta molècula redox és essencial per a la fase fosca de la fotosíntesi, ja que actua com a poder reductor en la fixació del carboni. Resum de la fase lluminosa Entrada d'energia: L'energia solar excita els electrons de la clorofil·la. Fotòlisi de l'aigua: Descomposició de l'aigua en oxigen (O2), protons (H+) i electrons.

ATP: La cadena de transport d'electrons genera ATP mitjançant la fosforilació. NADPH: Reducció del NADP+ per formar NADPH. 1.2 Fase biosintètica (fase fosca o cicle de Calvin) La fase biosintètica de la fotosíntesi, també coneguda com a fase fosca o cicle de Calvin, té lloc a l'estroma dels cloroplasts. Durant aquesta fase, el diòxid de carboni (CO2) és fixat per generar molècules orgàniques de glucosa, utilitzant l'energia proporcionada per l'ATP i el poder reductor del NADPH produïts durant la fase lluminosa. 1.2.1 Fixació del carboni El primer pas de la fase fosca és la fixació del CO2.

Aquest gas és capturat per l'enzim ribulosa-1,5-bifosfat carboxilasa/oxigenasa (RuBisCO), que catalitza la reacció del CO amb una molècula acceptora per formar compostos orgànics que posteriorment es transformen en molècules amb alt contingut energètic. 26 1.2.2 Reducció del carboni i formació de la glucosa Durant la fase fosca, els compostos formats durant la fixació del carboni són reduïts gràcies al poder reductor del NADPH i l'energia subministrada per l'ATP, fins a obtenir gliceraldehid-3-fosfat (G3P). Diverses molècules de G3P s'uneixen per formar glucosa i altres carbohidrats. Així, la fase fosca és responsable de la producció final de glucosa a partir del diòxid de carboni.

1.2.3 Regeneració de l'acceptor de CO Per continuar el cicle, és necessari regenerar l'acceptor de CO2, ribulosa-1,5-bifosfat, que és necessari per capturar noves molècules de CO2. Aquest procés també requereix ATP. A partir de sis molècules de CO2, es genera una molècula de glucosa i es regenera l'acceptor per mantenir el cicle. Productes finals Glucosa: Producte final del cicle de Calvin, format a partir de diverses molècules de G3P. Regeneració de l'acceptor: Per continuar captant més CO i repetir el cicle. 1.2.4 Importància de la fotosíntesi La fotosíntesi és essencial per a la vida a la Terra per diverses raons fonamentals: 1.

Producció d'oxigen: Durant la fase lluminosa, la fotòlisi de l'aigua allibera oxigen com a subproducte. Aquest oxigen és imprescindible per a la respiració de la majoria d'organismes vius, inclosos els humans. 2. Base de la cadena alimentària: Els organismes fotosintètics, com les plantes, les algues i alguns bacteris, converteixen l'energia solar en energia química emmagatzemada en forma de glucosa. Aquesta glucosa serveix com a base energètica per a ells mateixos i per a altres organismes que depenen directament o indirectament d'ells, constituint la base de la producció primària en els ecosistemes. 3.

Fixació del carboni: La fotosíntesi és responsable de la fixació del diòxid de carboni atmosfèric i la seva conversió en compostos orgànics, com la glucosa. Això redueix la concentració de CO en l'atmosfera i contribueix a mitigar els efectes del canvi climàtic. 4. Font d'energia: Els carbohidrats generats durant la fase fosca són utilitzats com a font d'energia i com a material de construcció per a altres molècules essencials. Aquesta energia és necessària per al metabolisme tant dels organismes autòtrofs com dels heteròtrofs. 5.

Equilibri dels gasos atmosfèrics: La fotosíntesi contribueix a mantenir un equilibri entre el diòxid de carboni i l'oxigen en l'atmosfera, que és crucial per a la supervivència dels organismes aerobis. 6. Impacte en la diversitat d'ecosistemes: És un procés fonamental no només per a les plantes, sinó també per a tota la vida a la Terra. Organismes com els bacteris fotosintètics i els que realitzen la quimiosíntesi mostren la diversitat d'estratègies que la vida ha desenvolupat per obtenir energia. Això permet que la vida prosperi, des dels oceans fins a les fonts termals. 27 7. Fotosíntesi com a fàbrica de vida: La fotosíntesi es pot veure com una veritable fàbrica de vida.

Els cloroplasts de les cèl·lules vegetals són com petites fàbriques on es produeix glucosa a partir de CO , aigua i llum solar. Aquesta capacitat de les plantes per crear el seu propi aliment és comparable a una màgia biològica, però és en realitat un procés químic complex i eficient que sustenta tota la vida al nostre planeta. 8. Adaptació i resiliència: La capacitat de la vida per adaptar-se a condicions adverses. La fotosíntesi no només ocorre en plantes, sinó també en bacteris que poden fer-ho sense produir oxigen, utilitzant altres compostos com el sulfhídric.

Aquestes variacions permeten que la fotosíntesi contribueixi a la diversitat de la vida en condicions on la llum solar és limitada o on no hi ha aigua disponible per a la fotòlisi. 1.3 Fotosíntesi Bacteriana i Quimiosíntesi 1.3.1 Fotosíntesi Bacteriana Els bacteris fotosintètics són microorganismes que, a diferència de les plantes, poden realitzar fotosíntesi sense produir oxigen. Aquesta forma de fotosíntesi es coneix com a fotosíntesi anoxigènica. Com Funciona: En lloc d'utilitzar aigua com a donant d'electrons (com ho fan les plantes), aquests bacteris utilitzen altres compostos, com ara el sulfhídric (H S) o compostos orgànics.

Quan fan servir H S, el producte resultant és sofre en lloc d'oxigen. La reacció general és: CO + 2H S CH O + H O + 2SCO + 2H S CH O + H O + 2S Els pigments fotosintètics d'aquests bacteris no són clorofil·les verdes, sinó altres pigments com bacterioclorofil·les, que absorbeixen llum en diferents longituds d'ona. Tipus: Bacteris Verds del Sofre: Utilitzen sulfhídric i emmagatzemen sofre com a producte secundari. Bacteris Púrpures del Sofre: També utilitzen sulfhídric, però no emmagatzemen sofre dins les seves cèl·lules. 1.3.2 Quimiosíntesi La quimiosíntesi és el procés pel qual certs microorganismes obtenen energia a partir de reaccions químiques inorgàniques, en lloc de la llum solar.

Aquests microorganismes són coneguts com a quimioautòtrofs. 28 Com Funciona Els quimioautòtrofs utilitzen l'energia alliberada en l'oxidació de compostos inorgànics, com ara el ferro, el sofre o el nitrogen, per convertir el CO en matèria orgànica. Un exemple clàssic és l'oxidació del sulfhídric per bacteris: 6CO + 6H O + 3H S C6H12O6 + 3H SO4 / 6CO + 6H O + 3H S C6H12O6 + 3H SO4 On es produeix La quimiosíntesi és comuna en ambients extrems, com les fumaroles hidrotermals dels oceans, on la llum solar no pot penetrar, però on hi ha abundants compostos químics inorgànics.

Aquests ecosistemes són dominats per bacteris i arqueus quimiosintètics que formen la base de la cadena alimentària, alimentant-se d'altres organismes com ara verms tubulars i mol·luscs. Tant la fotosíntesi bacteriana com la quimiosíntesi són mètodes alternatius a la fotosíntesi oxigènica per produir matèria orgànica. Tot i que no són tan comuns com la fotosíntesi que realitzen les plantes, són essencials per a la vida en determinats ambients on la llum solar no està disponible o on l'aigua no és la font principal d'electrons. 29 2. ANABOLISME HETERÒTROF 2.1 Gluconeogènesi És la síntesi de glucosa a partir de PEP (precursor del piruvat). Esdevé al fetge.

Les hormones que bàsicament controlen la glucèmia són: Insulina: és secretada per les cèl·lules β del pàncrees per tal d'afavorir que la glucosa sanguínia entri a les cèl·lules. Glucagó: és secretada pel pàncrees i incrementa la glucèmia, ja que promou el trencament del glucogen hepàtic. Adrenalina: incrementa la glucèmia. 2.2 Anabolisme dels greixos Els greixos es formen per esterificacions d'una glicerina amb 3 àcids grassos. 2.3 Anabolisme dels aminoàcids Aquest procés és diferent per cadascun dels 20 aminoàcids. Hi ha vuit que no podem sintetitzar-los (aminoàcids essencials). 30 MICROORGANISMES I FORMES ACEL·LULARS 2024 2025 4.

MICROORGANISMES I LES FORMES ACEL·LULARS Els microorganismes són éssers vius microscòpics, inclouen bacteris, virus, fongs i protozous. Són omnipresents en la natura i tenen impacte significatiu en diversos àmbits des de la salut humana fins cicles biogeoquímics. Alguns poden ser beneficiosos ( els que participen en la fermentació), o perjudicials (causar malalties). 4.1 Diferenciació entre bacteris i arqueobacteris i eucariotes Bacteris i arqueobacteris procariotes, organismes unicel·lulars sense nucli definit, però són totalment diferents entre si.

Aquests són fonamentals per entendre la microbiologia i el funcionament d'ecosistemes (paper clau en cicle biogeoquímics, producció d'energia i interaccions amb altres organismes). Similituds morfològiques: manca d'orgànuls amb membrana. Distinció significativa a nivell molecular, estructural i funcional. 1. Posició filogenètica Bacteris Pertanyen al domini Bacteria, un dels més antics i…