Conceptes Clau de Biologia per a Batxillerat i PAU

I 115 flashcards i 74 preguntes més al document.

Text del document

BIOLOGIA 2n de Batxillerat - PAU 2020 De Alícia Arnau López BIOLOGIA - PAU 2020 ÍNDEX 1. GLÚCIDS …………………………………………………………………….………………. 3 2. LÍPIDS ………………………………………………………………………….….…………. 7 3. PROTEÏNES ………………………………………………………………………………... 10 4. ÀCIDS NUCLEICS ……………………………………………………………………….… 13 5. ENZIMS …………………………………………………………………………..…………. 15 6. METABOLISME ……………………………………………………………………………..18 7. MICROORGANISMES ……...……………………………………………………………... 45 8. BIOTECNOLOGIA ………………………………………..…………………………...….… 63 9. IMMUNOLOGIA ……………………………………………………….……………………. 67 10. GENÈTICA MENDELIANA ………………………………………………….………...…. 93 11. EVOLUCIÓ …………………...………………………………………………………....... 106 12.

LA BIODIVERSITAT I L'ESTRUCTURA DELS ECOSISTEMES…………………..… 122 13. DINÀMICA DELS ECOSISTEMES ………………………………………..……..….…...134 14. DISSENY EXPERIMENTAL ……………………………………………………….…….. 145 2 BIOLOGIA - PAU 2020 1. GLÚCIDS Els glúcids són biomolècules orgàniques formades per C, H i O (CnH2nOn). Tenen funció energètica i estructural. Classificació Monosacàrids: glúcids senzills no hidrolitzables que conformen les a unitats de la resta de glúcids més complexes (3-8 carbonis) (-oses). Oligosacàrids (2-10 monosacàrids). Polisacàrids (+10 polisacàrids). Homosacàrids (tots els seus monosacàrids són iguals). Heterosacàrids (els seus monosacàrids són diferents).

Heteròsids (tenen una part glucosídica i una no). 1.1. MONOSACÀRIDS Segons el nombre de carbonis: trioses, tetroses, pentoses, hexoses, etc. Segons el tipus de grup funcional: aldoses (grup aldehid) o cetones (grup cetona). Característiques Són blancs o incolors, dolços, cristal·lins, solubles. Presenten isomeria de funció (mateixa fórmula molecular, però diferent grup funcional) o isomeria òptica degut als seus carbonis asimètrics (poden tenir la mateixa fórmula molecular però amb diferents estructures tridimensionals (activitat òptica, L o D)). Estructura lineal D - Gliceraldehid Dihidroxiacetona Es formen amb la fotosíntesi i són molt importants en les vies metabòliques (glicòlisi).

D - Ribosa 2D - Desoxiribosa Forma part de l'estructura del RNA i participa en el cicle de les pentoses a nivell metabòlic. 3 BIOLOGIA - PAU 2020 Forma part de l'estructura del DNA i participa en el cicle de les pentoses a nivell metabòlic. D - Glucosa És el combustible de les nostres cèl·lules i l'aliment preferit del sistema nerviós (el sucre que mesurem en sang). S'ha de mantenir a 1g per litre. Insulina: hormona que controla els alts nivells de glucosa en sang. Afavoreix el pas de la glucosa de la sang a l'interior de les cèl·lules musculars i de les hepàtiques. Quan hi ha un excés de glucosa, es forma el greix emmagatzemat al teixit adipós (glicogen).

Glucagó: hormona que regula els nivells baixos de glucosa i la seva alliberació i així la seva tornada a la sang durant la nit. També té funció estructural. D - Galactosa sucre que trobem als làctics. D- Fructosa: sucre que trobem a les fruites, mel, etc. ENLLAÇ O-GLUCOSÍDIC enllaç covalent entre el grup OH del carboni anomèric d'un monosacàrid i un altre OH d'un altre monosacàrid, a partir d'hidròlisi, on s'allibera aigua. 1.2. DISACÀRIDS blancs o incolors, dolços, cristal·lins, solubles.

4 BIOLOGIA - PAU 2020 Maltosa (α - D - glucopiranosil + α - D - glucopiranosa) 1-4 Sacarosa (α - D - glucopiranosil + β - D - fructofuranosa) 1-2 Lactosa (β - D - galactopiranosil + β - D - glucopiranosa) 1-4 Cel·lubiosa (β - D - glucopiranosil + β - D - glucopiranosa) 1-4 5 BIOLOGIA - PAU 2020 1.3. POLISACÀRIDS No tots són blancs, no dolços, no cristal·lins, insolubles la majoria. Reserva energètica i funció estructural. HOMOPOLISACÀRIDS Glicogen: cadenes de α - glucosa (1-4) amb ramificacions petites (1-6). Reserva energètica animal, cèl·lules dels músculs i hepàtiques. Soluble. Midó: cadenes de α - glucosa. Reserva energètica vegetal. No soluble.

Amilopectina: cadena de glucoses (1-4) amb ramificacions llargues. No soluble. Amilosa: cadena de glucoses (1-4). Soluble. Els dos es degraden en glucosa. Cel·lulosa: cadenes de β - glucosa (1-4). Estructural en les plantes (parets cèl·lules vegetals). Quitina: cadenes de β - glucosa (1-4) amb nitrogen. Estructural. PROVA FEHLING: el reactiu Fehling s'utilitza com a reactiu per la determinació de sucres reductors, per demostrar la presència de monosacàrids/disacàrids. Es basa en el poder reductor del grup carboxil dels aldehids que s'oxida a àcid i redueix la sal de coure al medi alcalí a òxid de coure, formant un precipitat de color vermell.

Si un sucre redueix el Fehling a òxid de coure vermell, es diu que és un sucre reductor. Obs. La sacarosa no reacciona ja que per fer l'enllaç o-glucosídic fa servir els dos OH hemiacetàlics i cap pot reaccionar amb el Fehling. PROVA LUGOL: el lugol (solució de iode i iodur de potassi) s'utilitza per identificar polisacàrids. Quan el midó o el glucogen entra en contacte amb unes gotes de lugol es torna de color blau-violeta. La coloració produïda pel lugol es deu al fet que el iode s'introdueix entre les espirals de la molècula de midó i es forma un compost d'inclusió que modifica les propietats físiques d'aquesta molècula, apareixent la coloració blava violeta. 6 BIOLOGIA - PAU 2020 2.

LÍPIDS - Són biomolècules orgàniques molt heterogènies formades per C, H i O, aquest últim en proporcions molt baixes. - Contenen fòsfor, nitrogen i sofre (bioelements primaris). - Tots són insolubles en aigua i solubles en dissolvents orgànics. - Són molècules amfipàtiques. - Deixen una taca translúcida. Classificació Saponificables: contenen àcids grassos i formen sabons. Insaponificables: no contenen àcids grassos i no formen sabons. ÀCIDS GRASSOS són cadenes hidrocarbonades (14-22 C) amb el grup funcional àcid. Saturats: tenen tota la cadena formada per enllaços simples.

Són molècules sòlides i lineals (capacitat d'unir-se per enllaços febles que formen una molècula més sòlida amb punt de fusió més elevat). Insaturats: tenen enllaços dobles a la cadena. Cada enllaç doble fa colzes, el que provoca que la molècula no sigui lineal, per tant, és difícil que es formin sòlids (matèria líquida) i el punt de fusió serà més baix. Els poliinsaturats donen omegas. Intervenen en dos tipus de reaccions: Esterificació: és la formació d'un éster (com els lípids saponificables). Es basa en el grup àcid d'un àcid gras i el grup OH d'un alcohol d'una altra molècula. S'allibera aigua.

Saponificació: és la reacció entre un àcid gras i una base forta (NaOH o KOH) que dona lloc a un sabó i aigua. 7 BIOLOGIA - PAU 2020 Exemples. 2.1. SAPONIFICABLES Triacilglicèrdis: tres àcids grassos + tres glicerines = tres esters + aigua. Ceres: esterificació d'un alcohol monovalent de cadena llarga i un àcid gras. Són molècules totalment apolars i lineals (estructures sòlides). Aïllen la humitat i tenen funció estructural. Fosfoglicèrids: esters constituïts per glicerina, dos àcids grassos i un àcid ortofosfòric. És un aminoalcohol, porta un grup amino (colina o serina). Molècula amfipàtica i forma micel·les. Es disposen creant una doble capa lipídica.

Esfingolípids: constituïts per una ceramida (esfingosa + àcid gras) i un glúcid o un àcid fosfòric. Funció estructural (ganglis o neurones). 2.2. INSAPONIFICABLES Terpens: són les essències, olors, vitamines A, E o K, pigments, etc. Esteroides: derivats del ciclopentà perhidrofenantrè. Esterols Colesterol: participa en la formació de les membranes plasmàtiques de les cèl·lules eucariotes. No en tenen la membrana del mitocondri i cloroplast. Es troba entre els fosfolípids, els cohesiona i disminueix la seva fluïdesa. Estabilitza la membrana. És precursor de la majoria d'esteroides. És sintetitzat al fetge a partir de greixos animals (àcids grassos saturats).

Àcids biliars: produits al fetge, s'emmagatzemen a la vesícula biliar i són abocats al duodè quan són necessaris per fer una emulsió de greixos. Ergosterol: per efectes de radiació ultraviolada es transforma en vitamina D. Hormones esteroides Progesterona: prepara l'interior de l'úter per una possible nidació d'un zigot. 8 BIOLOGIA - PAU 2020 Testosterona:sintetitzada als testicles i controla el desenvolupament dels caràcters sexuals masculins secundaris. Aldosterona: hormona diuretica. Cortisol: hormona del estrés i està lligada a l'adrenalina ja que manté el cos en alerta. Prostaglandines: hormones locals (sintetitzades al mateix teixit en que actuen). 2.3.

FUNCIONS BIOLÒGIQUES DELS LÍPIDS Reserva energètica. Triacilglicèrids. Estructural. Ceres, fosfolípids, colesterol, etc. Transportadora. Proteolípids. Protectora. Teixit adipós, terpens, etc. Digestiva. Tèrmica. Biocatalitzadora (hormonal, vitamínica). Aïllant tèrmic. Regulació (hormonal, vitamínica). Creixement celular. 3. PROTEÏNES Les proteïnes són molècules amb un elevat pes molecular formades per aminoàcids. 3.1. AMINOÀCIDS Taula aminoàcids Aminoàcids essencials: isoleucina, leucina, lisina, metionina, fenilalanina, treonina, triptòfan, valina. Classificació segons el radical R que s'enllaça amb el carboni.

Neutres apolars: la seva cadena -R conté grup hidròfobs (apolars) i son grups hidrocarbonats. 9 BIOLOGIA - PAU 2020 Neutres polars: sense càrrega, tot i que els seus grups -R contenen grups polars capaços d'establir ponts d'hidrogen amb altres molècules. Bàsics: contenen càrrega positiva, el radical conté un grup amino. Àcids: càrrega negativa, grup R té grup àcid (grup bàsic). Propietats Són sòlids, cristal·lins i solubles. Formen isomers, és a dir, la molècula gira. D = grup carboxil queda a dalt i l'amino a la dreta, L = l'amino a l'esquerra. Tenen activitat òptica. Són amfòters (poden actuar tant com a àcid com a base segons el pH del medi per regular-lo). Punt isoelèctric.

ENLLAÇ PEPTÍDIC És un enllaç entre aminoàcids i les cadenes que formen s'anomenen pèptids (si tenim menys de 100 aminoàcids) o proteïnes (si tenim més de 100). És un enllaç covalent entre el grup àcid del primer aminoàcid i el grup amino del segon aminoàcid. Es desprèn una molècula d'aigua. Té un comportament similar al d'un enllaç doble, presenta certa rigidesa que immobilitza els àtoms que el formen i fa que aquests estiguin més a prop. Això és degut al moviment dels electrons que comparteixen els àtoms de C, H, O i N i en particular del doble enllaç d'oxigen.

Així, la cadena d'aminoàcids només pot girar en els enllaços de carboni, els 4 àtoms no tenen mobilitat entre ells i només poden girar al mateix temps com si fos una estructura fixa, el que s'anomena ressonància. 3.1. AMINOÀCIDS Taula aminoàcids Aminoàcids essencials: isoleucina, leucina, lisina, metionina, fenilalanina, treonina, triptòfan, valina. 3.2. ESTRUCTURA DE LES PROTEÏNES Primària: és la seqüència d'aminoàcids que forma el polímer. És específica, invariable i depèn directament de la informació del DNA. Secundària: és estructural. El polímer d'aminoàcid l'adopta quan es troba lliure a l'espai. Es plega o cargola sobre si mateix i les formes poden ser dues, hèlix o laminar.

10 BIOLOGIA - PAU 2020 Terciària: és el plegament que dona una estructura tridimensional molt important pel funcionament de la proteïna. Moltes no adquireixen la seva funció fins que no adopten aquesta estructura. Quan l'adopten necessiten fer una serie d'enllaços febles per mantenir estable la estructura (ponts disulfur, enllaç d'hidrogen, forces de Van der Waals, interacció iònica i/o hidrofòbica). Moltes proteïnes tenen una estructura terciaria globular (formen els enzims). Quaternària: es forma a partir de l'associació de dos o més cadenes polipeptídiques que poden ser iguals o no entre elles. S'estableixen amb enllaços febles. No la tenen totes les proteïnes. Ex. hemoglobina. 3.3.

PROPIETATS DE LES PROTEÏNES Solubilitat Perquè siguin solubles han de ser globulars. Han de tenir els seus radicals polars a la part externa per formar ponts d'hidrogen i els apolars a la part interna. Desnaturalització És la pèrdua total o parcial de la funció d'una proteïna, deguda a la pèrdua total o parcial de la seva estructura terciària. Es basa en el desplegament de la proteïna globular. Pot arribar a la estructura primaria un altre cop i precipitar. Pot ser provocada per un augment de temperatura, pel canvi de pH en el medi, per l'agitació molecular, etc. Canvi de temperatura: a més temperatura, més activitat de la proteïna.

La temperatura òptima és diferent per cada proteïna, el quals formen l'activitat màxima. Si puja la temperatura, l'activtat decreix i deixa de funcionar, es desnaturalitza. Aquestes temperatures són específiques de cada proteïna, les nostres van d'entre 36-37 graus i a partir dels 40 es desnaturalitzen. Canvi de pH: cada una té un ph específic en que l'activitat serà màxima. Tenen un marge on es mantenen actives (no al 100%). Fora del marge es desnaturalitzen. Canvi en la concentració: hi ha substàncies que poden disminuir les propietats d'una proteïna (inhibidors) i provocar la seva desnaturalització.

Especificitat Individual: és deguda a les proteïnes que es troben a la superfície de cada una de les cèl·lules. Són úniques per a cada individu i són les responsables del rebuig del trasplantament. 11 BIOLOGIA - PAU 2020 De població: com les proteïnes del grup sanguini (O, A, B, AB). De l'espècie: com la majoria de les hormones, per això podem acceptar les d'altres persones. De gènere, familia, etc.: provenen de la informació del material genètic. Capacitat amortidora S'encarrega de regular el pH. Les proteïnes i els aminoàcids que coexisteixen a la cèl·lula, degut als grups amino i àcids que es poden ionitzar segons el pH del medi, regulen o equilibren petites variacions. 3.4.

FUNCIONS DE LES PROTEÏNES Estructural Transport Reserva energètica Enzimàtica Hormonal Defensa Contràctil Homeostàtica 4. ÀCIDS NUCLEICS Es troben al nucli de les cèl·lules (DNA) i al citoplasma (RNA). Són biopolímers d'un elevat pes molecular, formats per C, H, O, N i P i constituïts per la unió de moltes unitats estructurals anomenades nucleòtids. 4.1. NUCLEÒTIDS Formats per una pentosa (ribosa (RNA) o desoxiribosa (DNA)), una base nitrogenada (bases púriques A i G i bases pirimidíniques T, C i U) i un àcid ortofosfòric.

Per constituir-lo s'uneix la pentosa i la base nitrogenada mitjançant l'enllaç N-glicosídic i es forma un nucleòsid (no té grup fosfat i les bases acaben en -sina i -dina; timidina, citidina, adenosina, uridina, guanosina). NUCLEÒTID = NUCLEÒSID + ÀCID FOSFÒRIC (enllaç ester) 12 BIOLOGIA - PAU 2020 4.2. ENLLAÇ FOSFODIÈSTER Els nucleòtids s'uneixen mitjançant aquest enllaç que uneix un nucleòsid i un àcid fosfòric per mitjà d'un grup OH del carboni 5 de la pentosa i l'àcid fosfòric (5-3). 4.3.

ÀCIDS NUCLEICS Són polímers de nucleòtids que presenten un extrem 5, on hi ha un grup fosfat unit al carboni 5 del primer nucleòtid i l'extrem 3, on hi ha un radical hidroxil unit al carboni 3 de l'últim nucleòtid. Se sintetitzen des de l'extrem 5 cap al 3. COMPOSICIÓ LOCALITZACIÓ ESTRUCTURA DNA Pentosa: desoxirribosa Bases nitrogenades: A, T, C, G Mitocondris, cloroplast i nucli (cromosomes) Cadena llarga i bicatenaria RNA Pentosa: ribosa Bases nitrogenades: A, U, C, G Nucli (nucleol) i citoplasma (ribosomes) Cadena curta i monocatenària FUNCIONS DEL DNA Conté codificada la informació genètica. Autoreplicació. Expressió de la informació genètica, es clona per construir proteïnes.

FUNCIONS DEL RNA Afavoreix l'expressió de la informació genètica que està al DNA en forma de proteïna. Nuclear: precursor RNA ribosòmic i de transferència. Ribosòmic: estructural ja que participa en la formació de ribosomes, els quals participen en la formació de ribosomes, els quals participenen la síntesi de proteïnes. Transferència: participa en la síntesis de proteïnes, aporta els aminoàcids necessaris. 13 BIOLOGIA - PAU 2020 Missatger: molècula que porta la informació genètica del nucli fins al citoplasma per portar a terme la síntesi de proteïnes. 5. ENZIMS Són proteïnes amb funció de biocatalitzadors, augmenten la velocitat de les reaccions (però no es consumeixen durant).

Els enzims controlen bioquímicament el metabolisme. Estan formats per una part proteïca, específica de l'enzim (seqüència determinada d'aminoàcids amb funció concreta) i una part no proteïca, que no és específica de l'enzim i és la part alterada en una reacció (es pot oxidar i reduir), són els transportadors, anomenats cofactors orgànics o inorgànics. Els cofactors inorgànics són ions metàl·lics (sals minerals), molècules inorgàniques. Els orgànics o coenzims estan formats de molècules orgàniques (NAD, FAD, vitamines, etc.) Propietats Específitat doble: l'enzim reconeix específicament a la molècula o substrat sobre el qual actua. Cada reacció química està catalitzada per un enzim específic.

Desnaturalització: pèrdua de la funció de la proteïna ja que es trenquen els enllaços i perd l'estructura terciària. Solubilitat: ja que són globulars, excepte els ribozims. Com actuen? En una reacció química trobem reactius (molècules estables) amb una gran quantitat d'energia continguda als seus enllaços. La seva reacció no es dona de manera espontània sinó que requereix subministrar energia per debilitar els enllaços (energia d'activació), aquest pas que requereix energia per activar els reactius l'anomenem estat de transició. Els enzims disminueixen l'energia d'activació d'una reacció i en conseqüència augmenta la velocitat de la reacció.

L'acció enzimàtica es caracteritza per la formació d'un complex enzim-substrat. El substrat s'uneix a una part específica del enzim (centre actiu) que està constituït per una petita regió de la proteïna formada per aminoàcids que poden establir enllaços febles amb el substrat. Aquests aminoàcids formen una estructura tridimensional en forma de cavitat. 14 BIOLOGIA - PAU 2020 Per formar aquest complex hi ha dos passos portats a terme: Fixació: el substrat presenta afinitat amb l'enzim i estableixen enllaços febles. Catalització: hi participen aminoàcids que poden establir enllaços febles o forts i que provoquen el trencament d'alguns enllaços.

Cinètica de l'activitat enzimàtica (factors que modifiquen l'activitat enzimàtica) Concentració: en una reacció, inicialment, la quantitat d'enzims no és constant. Si augmentem la concentració del substrat, també augmentarà la velocitat de reacció, és a dir, a més molècules de substrat, més probabilitat de que es doni la trobada entre l'enzim i el substrat, però arribem a un màxim de la velocitat de reacció ja que totes les molècules d'enzim estan saturades i la velocitat no pot augmentar. Temperatura: una vegada sobrepassen la temperatura òptima es desnaturalitzen i deixen de fer la seva funció com a enzim.

pH: una vegada sobrepassen el pH òptim es desnaturalitzen i deixen de fer la seva funció com a enzim. Inhibidors: són substàncies que disminueixen l'activitat enzimàtica. Poden ser: Irreversibles: quan es fixen al centre actiu l'enzim queda inactivat. Ex: verins Reversibles: impedeixen temporalment l'activitat de l'enzim. Hi ha dues modalitats: Inhibidors reversibles competitius: on la molècula de l'inhibidor és similar estructuralment al substrat. La velocitat de reacció disminueix depenent de la concentració de l'inhibidor. ( a + inhibidor - velocitat). Inhibidors reversibles no competitius: on la molècula d'inhibidor es pot unir al substrat enzim o es pot unir a l'enzim.

Impedeix que es doni la reacció. Si s'uneix al substrat impedeix que es pugui unir, si s'uneix a l'enzim (no al centre actiu) fa que el substrat no pugui colocar-se, però no per ocupar el seu lloc. 15 BIOLOGIA - PAU 2020 Enzims al·lostèrics Tenen un mecanisme pel qual poden estar inactius temporalment. Tenen dos centres d'unió, un d'ells és el centre actiu però a més tenen una altra zona on es pot unir una molècula diferent del substrat (centre/efector al·lostèric) que té la capacitat de canviar la conformació tridimensional del centre actiu fent-lo actiu o inactiu. Si tenim substrats al centre al·lostèric l'enzim és inactiu.

Si necessitem l'ús d'aquest enzim, el substrat ha de sortir del centre al·lostèric. El seu mecanisme és freqüent a les vies metabòliques on és en forma d'autoregulació, així el producte que ha generat la via metabòlica actua com substrat del centre al·lostèric sobre l'enzim principal de la cadena metabòlica aturant el procés. N'hi ha d'altres que generalment estan inhibits i tenen el substrat unit al centre al·lostèric. Aquests enzims formen part de vies metabòliques molt específiques i només s'activen en determinats moments. Perquè un enzim al·lostèric treballi hem d'augmentar una mica la concentració de substrat i llavors augmenta la seva velocitat.

Triga en activar-se però quan ho fa és molt ràpida. Classificació molts tipus segons el substrat on actuïn + asa. 6. METABOLISME Concepte conjunt de reaccions químiques produïdes a l'interior de la cèl·lula. Condueixen a la transformació d'unes biomolecules en altres. Reaccions basades en la utilització de l'energia continguda amb els enllaços de les biomolècules. Les diferents reaccions 16 BIOLOGIA - PAU 2020 químiques s'anomenen vies metabòliques i les molècules que intervenen metabòlits. Totes les reaccions estan regulades per enzims específics. Funcions específiques Obtenir energia química de l'entorn a partir de la llum solar o la degradació de biomolècules.

Conversió de la matèria prima externa en les unitats estructurals bàsiques dels components cel·lulars. Reuneix aquestes unitats per formar proteïnes, àcids nucleics, estructures de la cèl·lula (principis immediats). Aprofitar la matèria i energia obtinguda per dur a terme les funcions vitals. Fases 1. Catabolisme: transformació de les molècules complexes molt diferents entre elles en altres molt més senzilles i gairebé sempre s'obtenen els mateixos productes. Gran diversitat de reactius, donen convergència i pocs productes. Les reaccions es basen en la utilització de l'energia continguda als enllaços de les biomolècules. També hi ha trencament d'enllaços i alliberament d'energia.

Aquesta es conserva en molècules d'ATP i és utilitzada en la realització de les funcions vitals. Part d'aquesta energia es perduda per calor (exotèrmica). 2. Anabolisme: reaccions de síntesi de molècules orgàniques a partir de molècules més simples que necessiten energia per transformar-se. L'energia ve proporcionada pels enllaços fosfat de l'ATP. Reaccions de reducció i endotèrmiques.

Tipus de metabolisme Font d'energia FOTÒTROF QUIMIOLITÒTROF QUIMIOORGANÒTROF AUTÒTROF fotoautòtrof quimiolitoautòtrof quimioorganoautòtrof exemple plantes bacteris nitrificants bacteris del sofre HETERÒTROF fotoheteròtrof quimioheteròtrof quimioorganoheteròtrof exemple bacteris protozous animals i fongs Tot metabolisme ha de tenir una font de carboni i una font d'energia. Reaccions d'Oxidació - Reducció Oxidació 17 BIOLOGIA - PAU 2020 Són reaccions catabòliques on es perden electrons. La matèria orgànica s'oxida perdent àtoms d'H units al C (deshidrogenació) o en guanya d'O (oxigenació).

A la deshidrogenació l'H perdut és captat per una molècula transportadora com el FAD+ o el NAD+ (coenzims). Aquestes molècules reduïdes (FADH , NADH ) transporten els H fins a la cadena de transport electrònic i s'obté energia (fosforilació oxidativa). La pèrdua d'un H comporta també la d'un electró. L'electró pot ser captat per transportadors específics d'electrons que s'anomenen citocroms. El pas d'un electró d'un citocrom a un altre comporta una disminució en el nivell d'energia que serà utilitzada per formar ATP (fosforilar). Les substàncies que perden electrons (s'oxiden) s'anomenen agents reductors, ja que afavoreixen que un altre es redueixi.

Reducció Són reaccions on es guanya electrons. La matèria orgànica es redueix quan guanya un àtom d'H que són transportats a partir dels coenzims reduïts (NADH /FADH ). Les substàncies que guanyen electrons amb facilitat (es redueixen) són agents oxidants ja que prenen els electrons fàcilment d'una altra molècula la qual fàcilment oxiden. ATP (adenosinatrifosfat) És un nucleòtid capaç d'emmagatzemar o cedir energia gràcies als seus dos enllaços esterfosfòrics (rics en energia, 7,3 kcal/mol). Com s'obté? Fosforilació oxidativa: és el mètode més usual i es dona a partir de la cadena de transport electrònic, que es troba a les crestes mitocondrials. Activen l'ATP sintetasa (enzim).

Intervenen coenzims com el NAD+ i el FAD+ que capten l'energia provinent de la matèria orgànica. Aquestes molècules transporten l'energia fins la cadena de transport electrònic. Aquests coenzims rics en energia es troben reduïts, a l'arribar a la cadena s'oxiden alliberant protons i electrons que seran transportats per diferents proteïnes que es troben a la membrana i seran captats finalment per l'oxigen i es formarà aigua. Els protons generaran un flux que activarà una molècula anomenada ATP sintetasa la qual formarà finalment ATP a partir de ADP i Pi. Fosforilació a nivell de substrat: s'obté ATP a partir de l'energia que allibera un substrat al trencar-se.

Participen enzims com la quinasa (capta energia). 18 BIOLOGIA - PAU 2020 6.1. CATABOLISME Tipus segons intervé o no la cadena de transport electrònic es distingeixen: Respiració: degradació total de la matèria orgànica. Intervé la cadena de transport electrònic on es transfereixen els electrons procedents de la materia orgànica degradada. Els electrons son captats per un acceptor final. Si aquest és un compost inorgànic (com l'oxigen) i finalment es redueix en aigua, s'ha donat un tipus de respiració aeròbica.

Si l'acceptor és diferent de l'oxigen finalment es dona una respiració anaeròbica (com nitrit, nitrat, etc.) Aquest tipus de respiració anaeròbica és portada a terme per tot tipus de bacteris. Fermentació: la matèria orgànica es degrada parcialment. No intervé la cadena de transport electrònic. L'acceptor final és un compost orgànic (àcid làctic). 6.1.1. CATABOLISME DELS GLÚCIDS En el tub digestiu dels animals i mitjançant els processos de digestió, els polisacàrids i disacàrids que hem ingerit, són hidrolitzats a les seves unitats (monosacàrids com galactosa, fructosa o glucosa).

També dins del nostre organisme, la reserva energètica de les cèl·lules musculars i hepàtiques, el glicogen, que el hidrolitzar-se es converteix en glucosa. En les cèl·lules vegetals, la substància de reserva energètica és el midó que al hidrolitzar-se també dona glucosa. La glucosa és el monosacàrid més abundant i per això basem el catabolisme de glúcids en la degradació de la glucosa ja que tots es poden transformar en ella. GLICÒLISI Citoplasma Vía metabòlica en la que es degrada la glucosa i obtenim dues molècules d'àcid pirúvic. És una via anaeròbica ja que no es necessita oxigen i per això és la via metabòlica més antiga que es coneix i la porten a terme tot tipus d'éssers vius.

És una via metabòlica pobre energèticament ja que només trenquem un enllaç. Obtenim poder reductor (coenzims reduïts) que han d'anar a oxidar-se a la cadena de transport electrònic perquè les vies metabòliques no s'aturin. Molècula de glucosa Dues molècules d'àcid pirúvic 19 BIOLOGIA - PAU 2020 Fases Activació de la glucosa Consisteix en donar un grup fosfat a la glucosa provinent d'un ATP rebent així energia d'activació per iniciar el procés. El grup fosfat li dona càrrega negativa a la molècula, el qual facilita el reconeixement dels enzims específics i impedeix que la glucosa surti del citoplasma de la cèl·lula. Tenim glucosa-6-fosfat.

Aleshores, mitjançant una isomerasa es transforma en fructosa-6-fosfat, activant-se així més. Llavors capta un grup fosfat un altre cop provinent també d'un ATP i es transforma en fructosa-1,6-bifosfat. Aquesta es trenca en dues molècules de tres carbonis, la dihidroxiacetona-fosfat i el gliceraldehid-3-fosfat. Oxidació del gliceraldehid-3-fosfat Aquest s'oxida i es transforma en àcid-1,3-difosfoglicèric. Al oxidar-se redueix un NAD+ que es converteix en NADH i amb l'energia alliberada es pot arribar a fer un enllaç ric en energia, és a dir, amb aquesta energia s'uneix un fòsfor inorgànic (Pi) a la molècula, transformant-se en aquest àcid. Obs.

Això passa dues vegades (pel gliceraldeid-3-fosfat i per la dihidroxiacetona-fosfat). Fosforilació a nivell de substrat L'àcid-1,3-difosfoglicèric reacciona amb un ADP i s'obté un àcid-3-fosfoglicèrid, formant un ATP a nivell de substrat. 20 BIOLOGIA - PAU 2020 L'àcid-3-fosfoglicèrid fa una altra fosforilació a nivell de substrat. Reacciona amb l'ADP i s'obté un ATP i una molècula d'àcid pirúvic. Obs. Com que el segon punt passa dues vegades, el tercer també, per tant obtenim dues molècules d'àcid pirúvic.

Balanç energètic Glucosa + 2 NAD+ + 2 ADP + 2 Pi 2 Àcid pirúvic + 2 NADH + 2 ATP RESPIRACIÓ Crestes de la matriu mitocondrial Els coenzims reduïts (NADH ) van a oxidar-se a la cadena de transport electrònic perquè passi ha d'haver-hi oxigen per així degradar totalment de la matèria. Obs. La respiració es porta a terme a les crestes de la matriu mitocondrial en les cèl·lules eucariotes, però en les procariotes es fa als mesosomes. Obs. La divisió dels mitocondris és independent a la de la cèl·lula, s'autroepliquen i no tenen colesterol a les membranes. Duen a terme la respiració de la cèl·lula. CICLE DE KREBS Crestes de la matriu mitocondrial Té la funció de degradar totalment la matèria.

És la via final i comú en la degradació total de les molècules orgàniques (glúcids, lípids, proteïnes). Dins el cicle s'introdueix una molècula anomenada Acetil-CoA, la qual té dos carbonis i s'obté a partir de diferents vies metabòliques. És la molècula comuna en la degradació total de glúcids, lípids i proteïnes. Obs. Hi ha alguns aminoàcids que amb el seu catabolisme es transformen en algun metabòlit que intervé en el cicle. Aquests podran intervenir en aquest nivell sense passar per Acetil-CoA. Aquest cicle és un punt de partida en els processos anabòlics, és a dir, participa en la glicogènesi, en la lipogènesi i síntesi d'aminoàcids.

21 BIOLOGIA - PAU 2020 Fases Activació de l'àcid pirúvic i transformació en Acetil-CoA L'àcid pirúvic ha d'introduir-se al mitocondri per activar-se i transformar-se en Acetil-CoA. Aquesta activació es dona en la matriu mitocondrial i intervé un complex enzimàtic que s'anomena piruvatdeshidrogenasa i una molècula anomenada Coenzim-A. L'àcid pirúvic és introduït a la matriu mitocondrial mitjançant una proteïna transportadora específica (va del citoplasma a la matriu mitocondrial). Llavors l'àcid pirúvic es descarboxila i s'oxida formant un NADH (poder reductor) i a partir de l'energia alliberada a la molècula restant de dos carbonis s'uneix un Coenzim-A.

Obtenim finalment una molècula de dos carbonis, és a dir, el Acetil-CoA. Balanç energètic Àcid pirúvic + NAD+ + CoA-SH Acetil-CoA + NADH + CO2 Incorporació de l'Acetil-CoA i el Cicle de Krebs L'Acetil-CoA s'incorporarà al Cicle de Krebs per degradar-se totalment: 1. L'Acetil-CoA (2C) s'uneix a la primera molècula del cicle: l'oxalacetat (4C). Es transforma aleshores en àcid cítric (6C) i es perd el Coenzim-A. Aquest es descarboxila i s'oxida dues vegades successivament i obtenim 2NADH i 2CO2. L'energia que queda lliure serveix per unir la molècula de Coenzim-A. Obtenim una molècula anomenada Succinil-CoA (4C). 2.

El Succinil-CoA perd el Coenzim-A i amb aquesta reacció allibera energia suficient per dur a terme una fosforilació a nivell de substrat obtenint un GTP. La molècula obtinguda s'oxida obtenint un FADH , s'hidrata i hi ha una nova oxidació per obtenir un NADH , per obtenir un altre cop oxalacetat. 22 BIOLOGIA - PAU 2020 Per una glucosa s'ha de fer una glicòlisi obtenint 2 àcids pirúvics que s'introdueixen al mitocondri. L'àcid pirúvic s'activarà i formarà Acetil-CoA. Cada Acetil-CoA fa un Cicle de Krebs i finalment hem degradat totalment la glucosa mitjançant 2 Cicles de Krebs.

Balanç energètic (1 Cicle de Krebs) Acetil-CoA + 3 NAD+ + FAD+ + GDP + Pi + 2H O CoA-SH + 3 NADH + FADH + GTP + 2CO2 DEGRADACIÓ TOTAL DE LA GLUCOSA Glicòlisi: Glucosa + 2 NAD+ + 2 ADP + 2 Pi 2 Àcid pirúvic + 2 NADH + 2 ATP Activació x2: 2 Àcid pirúvic + 2 NAD+ + 2 CoA-SH 2 Acetil-CoA + 2 NADH + 2 CO2 Cicle de Krebs x2: Acetil-CoA + 3 NAD+ + FAD+ + GDP + Pi + 2H O CoA-SH + 3 NADH + FADH + GTP + 2CO2 Glucosa + 10 NAD+ + 2 FAD+ + 2 GDP + 4 Pi + 2 ATP 10 NADH + 2 FADH + 2 GTP + 2 ATP + 6 CO2 CADENA DE TRANSPORT ELECTRÒNIC Crestes mitocondrials En la degradació de la glucosa obtenim molecules reduïdes que per transformar-se en energia hauran de cedir els seus electrons (oxidar-se) a la cadena de transport electrònic, a la membrana interna mitocondrial que es plega formant crestes mitocondrials.

La cadena de transport electrònic és una cadena de molècules orgàniques en el que hi haurà molècules que transportaran electrons i protons simultàniament (complex deshidrogenasa) i molècules que transporten exclusivament electrons (citocrons). Aquests molècules transportadores es redueixen i s'oxiden a mesura que es van traspassant les unes a les altres els protons i electrons procedents del NADH i FADH . Cada transportador de la cadena s'oxida quan cedeix electrons i el següent transportador es redueix quan els capta. Finalment, en la respiració aeròbica els electrons són cedits o captats per un O i es forma H O.

23 BIOLOGIA - PAU 2020 Com l'energia alliberada per l'oxidació és més gran que la consumida per la reacció, a cada pas hi ha un sobrant d'energia que s'inverteix en sintetitzar ATP mitjançant la fosforilació oxidativa. FOSFORILACIÓ OXIDATIVA El model més acceptat és la hipòtesi quimiosmòtica. L'energia alliberada en el procés d'oxidació-reducció s'inverteix a provocar un bombardeig de protons desde la matriu fins l'espai intermembranal que indueix una diferència de càrrega elèctrica de les dos bandes de la membrana (gradient electroquímic).

Per tornar a requilibrar les membranes, l'excés de protons tornen a la matriu travessant el complex ATP sintetassa subministrant l'energia necessària per la síntesi d'ATP (fosforilació oxidativa). La incorporació a la cadena d'1 NADH genera el bombardeig de protons necessaris per formar 3 ATP mentre que la incorporació d'1 FADH que ho fa en una situació més avançada de la cadena, només genera el bombardeig de protons per formar 2 ATP. Obs. Recordem que cada enllaç d'ATP conté 7,3 kcal/mol. Conclusió 10 NADH x 3 = 30 ATP 2 FADH x 2 = 4 ATP 30 ATP + 4 ATP + 2 ATP = 36 ATP 24 BIOLOGIA - PAU 2020 De la degradació d'una glucosa obtenim 36 ATP, 2 GTP i 6 CO .

Cadena de transport electrònic 1 NADH = 3 ATP 1 GLUCOSA = 34 ATP + 2 GTP + 2 ATP = 38 ATP (teòrics) 1 FADH = 2 ATP Els 2 NADH de la glicòlisi, per arribar a la matriu mitocondrial, tenen una pèrdua d'energia i a la cadena de transport electrònic conten com si fossin 1 FADH a nivell d'energia i només generen 2 ATP. Per tant seria correcte dir que per una glucosa obtenim 36 ATP ja que els 38 són els teòrics si no tinguéssim en compte aquesta pèrdua energètica. La degradació d'un mol de glucosa (180 g) genera una caiguda d'energia lliure. G = 638 kcal/mol i dona 36 ATP.

1 ATP = 7.3kcal/mol 36 ATP x 7.3 kcal/mol = 263 kcal/mol Eficàcia del catabolisme per respiració total de la glucosa: 263 x 100/ 686 = 38.30% FERMENTACIÓ Citoplasma Després de la glicòlisi si no hi ha oxigen suficient en el medi per fer la respiració. En aquest punt tenim àcid pirúvic i poder reductor NADH , per tant si no tenim oxigen al medi el NADH s'ha d'oxidar per no aturar les vies metabòliques. Característiques: La matèria orgànica es degrada parcialment. No intervé la cadena de transport electrònic. És un procés anaeròbic. L'acceptor final dels electrons és un compost orgànic.

És portada a terme per microorganismes, bacteris i fongs menys la fermentació làctica, que es duu a terme per les cèl·lules musculars i hepàtiques. Tipus Segons com sigui la molècula acceptora dels electrons parlem de diferents tipus de fermentació: làctica, alcohòlica, butírica, pútrida. FERMENTACIÓ LÀCTICA 25 BIOLOGIA - PAU 2020 És un procés anaeròbic portat a terme per bacteris, fongs (llevats) i cèl·lules del teixit muscular estriat quan no hi ha suficient oxigen (sobreesforç) i hepàtiques.

Es porta a terme a partir de la glucosa que amb la glicòlisi ha arribat a àcid pirúvic, el qual rep els electrons i protons (es redueix) que portava el coenzim NADH (que s'oxida) provinent de la glicòlisi i així no aturem la via metabòlica. Finalment queda àcid làctic. És una via pobre a nivell energètic, no és rentable ja que només traiem 2 ATP per glucosa. Tot i així, tot i que no tenim oxigen podem seguir obtenint energia a base de degradar moltes molècules de glucosa molt ràpidament i obtenint molt àcid làctic. (Efecte Pasteur), procés que ens permet obtenir energia ràpidament en condicions anaeròbiques (sobreesforç). Poc rendiment però la via no s'atura.

L'àcid làctic és un compost tòxic per les cèl·lules i la seva acumulació en sang acidifica el pH i causa fatiga muscular i agulletes (actua com a substància de rebuig). S'acumula als músculs en forma de cristalls i així causa les agulletes. No sempre obtenim l'àcid làctic després d'un sobreesforç, sinó que hi ha cèl·lules del nostre cos que ja en tenen com la retina, els glòbuls vermells i el teixit cardíac. Un terç de l'àcid làctic es forma d'aquesta manera.

És principalment portada a terme per bacteris i fongs (microorganismes) que fermenten el sucre de la llet, la lactosa, un disacàrid format per galactosa i glucosa, la qual es converteix en àcid pirúvic i es converteix en àcid làctic, el qual provoca un pH àcid i així la desnaturalització de les proteïnes de la llet, com la caseïna, i provoca que la llet es talli i formi altres productes. El tipus de textura i olor dels productes depèn del bacteri que fermenti la llet.

Balanç energètic Glicòlisi: Glucosa + 2 NAD+ + 2 ADP + 2 Pi 2 Àcid pirúvic + 2 NADH + 2 ATP 26 BIOLOGIA - PAU 2020 Fermentació làctica: 2 Àcid pirúvic + 2 NADH 2 Àcid làctic + 2 NAD+ Glucosa + 2 ADP + 2 Pi 2 Àcid làctic + 2 ATP El Cicle de Cori Podem reciclar l'àcid làctic a partir del Cicle de Cori. Aquest cicle és responsable de convertir l'àcid làctic de nou en glucosa. Es produeix al fetge i és portat a terme per la glucosa-6-fosfatasa, un enzim específic que només es troba al fetge.

Les cèl·lules musculars, que s'alimenten fonamentalment de glucosa i l'emmagatzemen en forma de glicogen, consumeixen activament la glucosa i en moments de sobreesforç aquesta glucosa és fermentada fins l'àcid làctic. Aquest passa a la sang (l'acidifica) i es difon fins al fetge, on la glucosa-6-fosfatasa mitjançant el procés de glucogènesi transforma l'àcid làctic en glucosa. Aquesta s'emmagatzema al fetge o bé es difon un altre cop a la sang i de la sang va a les cèl·lules musculars. FERMENTACIÓ ALCOHÒLICA És un procés anaeròbic portat a terme per bacteris i fongs (llevats) del gènere Saccharomyces.

Aquests fermenten l'àcid pirúvic provinent dels sucres que es troben formant part del suc o dissolució dels fruits com el raïm. L'àcid pirúvic es descarboxila transformant-se en acetaldehid, el qual es redueix a etanol a partir de l'oxidació del NADH provinent de la glicòlisi. Obtenim CO2 i NAD+ . Depenent del líquid que es fermenti (sucs sempre) i del fong, recipient on es faci i temps, obtindrem un tipus o altre de licor. Els bacteris i fongs que fan la fermentació alcohòlica són anaeròbics i facultatius. És a dir, fan la respiració quan hi ha oxigen i la fermentació quan no n'hi ha.

La fermentació alcohòlica també es fa en les masses de pà i pastissos (el midó passa a glucosa i de la glucosa es fa la fermentació). 27 BIOLOGIA - PAU 2020 Balanç energètic Glicòlisi: Glucosa + 2 NAD+ + 2 ADP + 2 Pi 2 Àcid pirúvic + 2 NADH + 2 ATP Fermentació alcohòlica: 2 Àcid pirúvic + 2 NADH 2 Etanol + 2 CO2 + 2 NAD+ Glucosa + 2 ADP + 2 Pi 2 Etanol + 2 CO2 + 2 ATP FERMENTACIÓ BUTÍRICA degradació de la matèria vegetal. FERMENTACIÓ PÚTRIDA degradació de compostos amb nitrogen, sobretot proteïnes. Formen part dels descomponedors i transformadors en el cicle de la matèria. 6.1.2. CATABOLISME DELS LÍPIDS El greix s'emmagatzema al citoplasma, però si tenim un excés es troba al teixit adipós.

Un gram de lípid dona 9 kcal. Els lípids són les molècules més energètiques, comparant-los amb els glúcids i les proteïnes, que cada un gram donen 4 kcal. Basem el catabolisme dels lípids en la degradació d'acilglicèrids, perquè són el 80% dels greixos de reserva energètica que tenim. Farem el catabolisme d'una monopalmitina (només un àcid palmític). Degradació d'un acilglicèrid Els lípids es catabolitzen per la hidròlisi controlada de lipases específiques que trenquen les unions ester produïdes per l'esterificació i alliberen els àcids grassos de la glicerina al citoplasma de la cèl·lula.

Degradació de la glicerina Citoplasma Aquesta es pot transformar en dihidroxiacetona-fosfat, després de fosforilar-se (consumeix 1 ATP) i d'oxidar-se (obtenim poder reductor, 1 NADH ) 28 BIOLOGIA - PAU 2020 La dihidroxiacetona-fosfat s'incorpora a la segona fase de la glicòlisi i mitjançant una isomerasa es transforma en gliceraldehid-3-fosfat, el qual, dins la glicòlisi, s'oxida fins a àcid pirúvic que posteriorment podrà degradar-se al Cicle de Krebs i obtenir energia a partir de la cadena de transport electrònic.

glicerina + ATP + NAD+ dihidroxiacetona-fosfat + NADH + ADP gliceraldehid-3-fosfat (glicòlisi = oxidació i fosforilació) Balanç energètic Glicerina + ATP + NAD+ ADP + NADH + gliceraldehid-3-fosfat Degradació d'àcids grassos (àcid palmític) Els àcids grassos obtinguts al citoplasma, per degradar-se i oxidar-se, s'han d'introduir al mitocondri, però prèviament s'han d'activar. Activació àcid gras Citoplasma Amb aquesta reacció d'activació es consumeix energia ATP i es capta un Coenzim-A, transformant l'àcid gras en una molècula que s'anomena Acil-Co-A. L'ATP que consumim queda en forma de AMP+2 Pi.

+ CoA Àcid gras Acil-CoA ATP (AMP + 2 Pi) Balanç energètic Àcid gras + CoA-SH + ATP Acil-CoA + AMP + 2 Pi L'Acil-CoA s'introduirà al mitocondri mitjançant un transportador orgànic anomenat carnitina. Dins la matriu mitocondrial pateix un procés de degradació anomenat β-oxidació, transformant-se en molècules de 2C: l'Acetil-CoA. β-oxidació o Hèlix de Lynen Matriu mitocondrial 29 BIOLOGIA - PAU 2020 L'Acil-CoA sofreix una primera oxidació i es forma 1 FADH . S'hidrata i pateix una altra oxidació amb la que s'obté un NADH . Finalment obtenim una molècula anomenada Beta-ceto-acil-CoA.

Aquesta interacciona amb una molècula de CoA-SH lliure a la matriu i trenca la molècula anterior en dues molècules: l'Acil-CoA i l'Acetil-CoA. L'Acil-CoA format torna a començar aquest procés i l'Acetil-CoA inicia una altra via metabòlica: el Cicle de Krebs i es degrada totalment. Per 16 carbonis obtenim 8 molècules donant 7 voltes. Sempre és el nombre de carbonis -1 (voltes).

Balanç energètic Acil-CoA + ( -1) CoA-SH + ( -1) FAD+ + ( -1) NAD+ + ( -1) H2O 2 2 2 2 Acil-CoA + ( -1) FADH + ( -1) NADH 2 2 2 Balanç energètic (àcid palmític 16 C) Àcid palmític + ATP + 7 NAD+ + 7 FAD+ + 8 CoA-SH + 7 H O 8 Acetil-CoA + 7 FADH + 7 NADH + AMP + 2 Pi Els NADH i FADH aniran a la cadena de transport electrònic per transformar-se en ATP. 7 NADH x 3 ATP = 21 ATP 7 FADH x 2 ATP = 14 ATP 21+14 = 35 ATP 35 - 1 ATP (reactius) = 34 ATP Obs. Al Cicle de Krebs, per cada Acetil-CoA obtenim 1 GTP, 1 FADH , 3 NADH , en total obtenim 12 ATP.

Activació àcid gras: CH -(CH )14-COOH + CoA-SH + ATP Acil-CoA + AMP + 2 Pi β-oxidació o Hèlix de Lynen: 30 BIOLOGIA - PAU 2020 Acil-CoA + 7 CoA-SH + 7 FAD+ + 7 NAD+ + 7 H O 8 Acetil-CoA + 7 FADH + 7 NADH Cicle de Krebs i cadena transport electrònic: 8 Acetil-CoA + 24 NAD+ + 8 FAD+ + 8 GDP + 8 Pi 8 CoA-SH + 24 NADH + 8 FADH + 8 GTP + 16 CO CH -(CH )14-COOH + 31 NAD+ + 15 FAD+ + 8 GDP + 8 Pi 16 CO2 + 31 NADH + 15 FADH + 8 GTP + AMP + 2 Pi Rendiment energètic d'un àcid palmític: 8 Acetil-CoA x 12 ATP 96 ATP 7 FADH x 2 ATP 14 ATP 7 NADH x 3 ATP 12 ATP 131 ATP - 2 ATP = 129 ATP 6.1.3.

CATABOLISME DE LES PROTEÏNES Les proteïnes són unes molècules orgàniques que no porten a terme principalment una funció energètica, com el cas glúcids o lípids. Aquesta funció només es farà en cas de necessitat (en casos de dejuni). Al no tenir una funció energètica no les emmagatzamem, és a dir, no emmagatzamem els aminoàcids. Les proteïnes es digereixen en aminoàcids a l'intestí i estómac. Els aminoàcids passen de l'intestí al torrent sanguini i arriben principalment al fetge i a la resta de cèl·lules del teixit. D'aquests, alguns els utilitzarem directament al citoplasma de les cèl·lules per dur a terme la síntesi de proteïnes. Els que no utilitzem directament els degradem.

A nivell energètic donen 4 kcal/mol cada 1 g. DEGRADACIÓ DELS AMINOÀCIDS Pèrdua del grup amino (NH ) 31 BIOLOGIA - PAU 2020 El grup amino és tòxic pel nostre organisme. El podem digerir per dues vies metabòliques: la transaminació (reciclatge) i la desaminació oxidativa (es perd grup amino transformant-lo en un compost no tòxic per l'organisme). Transaminació Citoplasma i matriu mitocondrial És una forma de reciclar el grup amino. Consisteix en el traspàs del grup amino d'un aminoàcid que s'ha de degradar a una molècula precursora d'un altra aminoàcid de nova formació. La reacció està catalitzada per transaminases, que es troben tant al citoplasma com a la matriu mitocondrial.

Podem formar qualsevol aminoàcid menys els essencials. L'Alfa-cetoglutarat el trobem al Cicle de Krebs, per tant, si el captem i s'uneix al grup amino d'un aminoàcid i fem la transaminació cap a l'esquerra obtindrem el glutamat. Desaminació oxidativa Citoplasma i matriu mitocondrial És l'alliberació del grup amino dels aminoàcids en forma de ió NH mitjançant l'oxidació de l'aminoàcid a un Alfa-cetoàcid i obtenint un coenzim reduït (NADH ). Es perd el grup amino totalment. Aquesta reacció està catalitzada per deshidrogenases, que es localitzen tan al citoplasma com als mitocondris de les cèl·lules hepàtiques (fetge).

Pèrdua del grup carboxil Descarboxilació L'Alfa-cetoàcid interacciona amb un CoA-SH (s'allibera energia) i es descarboxila donant CO i un producte (R) - CoA que s'introdueix al Cicle de Krebs. 6.1.4. CATABOLISME DELS ÀCIDS NUCLEICS Els àcids nucleics es troben formats per nucleòtids, els quals estan formats per una base nitrogenada, un àcid fosfòric i una pentosa. Cada base nitrogenada té una via específica de degradació (que no estudiem). Quan s'han de degradar, la cèl·lula intenta reciclar-les per formar noves bases. Poden formar ATP, AMPc, NAD, FAD (nucleòtids importants).

Els àcids fosfòrics hi són al medi i els podem fer servir per les dissolucions tampó (regular pH), formar altres biomolècules com fosfolípids i també es troba en forma de sal, formant part de l'esquelet. 32 BIOLOGIA - PAU 2020 Les pentoses les degradem a partir del Cicle de les Pentoses. És un cicle en el qual es van incorporant molècules de 5 C i es combinen entre elles per arribar a transformar-se en molècules de 3 C i 6 C (gliceraldehid-3-fosfat i la glucosa o la fructosa), que poden ser degradades finalment per la glicòlisi. 6.2. ANABOLISME És la part constructiva del metabolisme, sintetitza molècules complexes a partir de molècules senzilles.

ANABOLISME HETERÒTROF Les molècules senzilles a partir de les quals construïm són molècules orgàniques: glucogènesi (síntesi glucosa), gliconeogènesi o glicogènesi (síntesi glicogen), lipogènesi (síntesi d'àcids grassos i posteriorment mitjançant una esterificació síntesi de lípids), síntesi d'aminoàcids (a partir del α-cetoglutamat es formaran els aminoàcids no essencials), síntesi de proteïnes (al citoplasma o a la matriu mitocondrial, mitjançant els aminoàcids formats) i el cicle de les pentoses (síntesi de glucosa). Aquestes vies metabòliques les porten a terme TOTS els organismes i el seu objectiu és la formació de macromolècules.

ANABOLISME AUTÒTROF Les molècules senzilles a través de les quals construim són molècules inorgàniques. Hi ha dos tipus segons quina sigui la font d'energia que s'utilitza: Si la font d'energia és la llum, parlem d'un anabolisme fotosintètic o fotosíntesi. Aquest el duen a terme les plantes, algues i cianobacteris. 33 BIOLOGIA - PAU 2020 Si la font d'energia són les reaccions d'oxidació de compostos inorgànics parlem d'anabolisme quimiosintètic o quimiosíntesi. El porten a terme els bacteris. 6.2.1.

LA FOTOSÍNTESI És un procés en el que s'utilitza la transformació d'energia lluminosa en energia química estable (ATP i poder reductor) per la síntesi de molècules orgàniques estables a partir d'assimilar bioelements com el C, N, S, etc. que es troben molt oxidats en la natura. ESTRUCTURES FOTOSINTETITZADORES El cloroplast està format per una doble membrana unitària, sense colesterol i sense pigments, que tanquen un espai anomenat estroma. L'estroma és la part central interna del cloroplast, conformat per dissolucions col·loïdals de molècules i substàncies orgàniques (glúcids, glucosa, proteïnes, DNA propi, RNA, ribosomes, coenzims (NADP+ )) i matèria inorgànica (sals minerals).

L'estroma conté tot un sistema de membranes tilacoidals que s'apilen formant una estructura superior anomenada grana. Alguns d'aquests sacs contenen diferents granes. Les membranes tilacoidals estan formades per proteïnes i fosfolípids i contenen pigments fotosintètics. L'interior del tilacoide forma l'espai tilacoidal, on hi ha tot un conjunt d'enzims que participen en la fotosíntesi. PIGMENTS Es troben a les membranes tilacoidals. Tenen naturalesa lipídica. Són molècules amb capacitat de captar energia lluminosa. Són les clorofiles A i B, els quals són pigments porfirínics (amb anells metàl·lics al centre). La clorofil·la A absorbeix longituds d'ona d'aproximadament de 683 nm.

La clorofil·la B absorbeix longituds d'ona aproximadament de 660 nm. 34 BIOLOGIA - PAU 2020 Els carotenoides estan formats per carotens (pigments vermells) i les xantofil·les (grocs) que absorbeixen longituds d'ona d'aproximadament de 440 nm. FOTOSISTEMES A nivell molecular podem parlar de dos tipus de pigments a nivell de funció: Pigments antena: capten energia lluminosa i la transmeten als pigments veïns fins a concentrar aquesta energia en un pigment específic anomenat pigment diana. Pigment diana: rep l'energia dels pigments antena i s'oxida (ha perdut electrons, es redueix una altra).

Tots els pigments que es troben englobats entre proteïnes transmembranals que cooperen per captar l'energia i crear-la finalment a un pigment diana, formen el fotosistema. Depenent del centre reactiu hi ha dos tipus de fotosistemes: Obs. En aquest procés el FS II va abans que el FS I. Fotosistema I: està format per pigments antena (clorofil·les A en excés i clorofil·les B). El pigment diana és una clorofila A. El primer acceptor és la ferredoxina i el primer donador es la plastocianina. Està localitzat al tilacoide a la cara que mira cap a l'estroma. Fotosistema II: està format per pigments antena (formats per clorofil·la A i clorofil·la B més o menys en la mateixa proporció).

A més té xantofil·les. El pigment diana és una clorofil·la A. El primer acceptor és la plastoquinona i el donador dels electrons és l'aigua que ho fa mitjançant la fotòlisi d'una molècula d'aigua. H O + llum 2 H+ + 2 e- + ½ O Amb l'energia alliberada de l'oxidació del fotosistema II, l'aigua es trenca per fotòlisi i els electrons de l'aigua ocupen l'espai buit que havia quedat per la oxidacció del fotosistema I. 35 BIOLOGIA - PAU 2020 El fotosistema II es troba principalment en els tilacoides de grana mirant cap a l'esquerra intratilacoidal. 6.2.1.1.

FOTOSÍNTESI DELS COMPOSTOS DE CARBONI El procés de la fotosíntesi utilitza la transformació d'energia lluminosa en energia química estable (ATP i poder reductor NADPH ). Aquesta energia la utilitza per sintetitzar molècules orgàniques estables a partir d'assimilar bioelements com el carboni. Pot ser de dos tipus: Fotosíntesi oxigènica: la molècula donadora d'electrons és l'aigua i en conseqüència s'allibera oxigen. La porten a terme plantes, algues i cianobacteris. Fotosintesi antioxigènica: la molècula donadora d'electrons és una molècula diferent de l'aigua que, tot i ser una molècula inorgànica, no allibera oxigen. És pròpia d'alguns bacteris (ex: bacteris del sofre).

Reacció total de la fotosíntesi: 6 CO2 + 12 H2O + Energia C H O + 6 O2 + 6 H2O En el procés de fotosíntesi, per tal de formar una molècula de glucosa es necessiten 6 CO2 i 12 H2O, per iniciar el procés. A partir de les molècules d'aigua s'alliberen 12 O, que tornen a l'atmosfera en forma de 6 O2 (fotòlisi) durant la fase lluminosa. A més aquesta H2O dona 12 H que els rep la C H O i 12 H més que seran necessaris per reduir l'oxigen del CO2 atmosfèric i formar 6 H2O. FASES Fase lluminosa: té lloc la captació de l'energia lluminosa i la seva transformació en energia química (ATP) i poder reductor (NADPH). Es dona als tilacoides.

Fase biosintètica: s'utilitza l'energia química (ATP) i el poder reductor (NADPH) per sintetitzar la matèria orgànica. Aquesta fase es dona a l'estroma. Totes les fases es porten a terme durant el dia (hores de llum), durant el fotoperíode. Fase lluminosa Pot presentar-se en dues modalitats, segons l'activació de fotosistemes: 36 BIOLOGIA - PAU 2020 Fosforilació acíclica: actuen els dos fotosistemes. Es produeix tant energia química (ATP) com poder reductor (NADPH). També es desprèn oxigen, que prové de l'aigua. Fosforilació cíclica: actua el fotosistema I i només es dona la producció d'energia química (ATP).

Fosforilació acíclica En aquesta fase, gràcies a la llum captada pels pigments fotosintètics, es produeixen els processos següents en els que actuen els dos fotosistemes: El procés comença amb l'arribada de fotons al fotosistema II degut a l'arribada de llum. Això provoca l'excitació o estimulació del pigment diana (clorofil·la A) que perd tants electrons com fotons ha absorbit, és a dir, s'oxida (allibera electrons i energia). Aquesta energia serveix per dur a terme la fotòlisi de l'aigua (trencament d'una molècula d'H O), la qual dona lloc a protons que queden al medi, a l'interior del tilacoide, i els electrons omplen el buit deixat al fotosistema II.

A més, s'allibera oxigen cap a l'exterior. H O + llum 2 H+ + 2 e- + ½ O Els electrons emesos pel fotosistema II són cedits a la cadena de transport electrònic fins al fotosistema I, que es redueix. En concret, el fotosistema II redueix els seus electrons a la plastoquinona (PQ) (primer acceptor d'electrons), després a la plastocianina (PC) i finalment arriben al fotosistema I. Quan els electrons passen a la plastoquinona, aquesta es redueix i s'activa, afavorint el pas de dos protons des de l'estroma fins a l'espai interior del tilacoide. Aquest últim pas el fa en el mateix moment que s'oxida i cedeix els electrons a la plastocianina.

Aquests protons + els protons provinents de la fotòlisi de l'aigua creen una diferencia de potencial electroquímic a tots dos costats de la membrana, entre l'interior i l'exterior del tilacoide, que es resol segons la hipòtesi quimiosmòtica. És a dir, els protons sortiran a l'estroma a través del complex enzimàtic ATP - sintetasa, que s'activa i sintetitza ATP mitjançant la fosforilació oxidativa o fosforilació de l'ADP. ADP + Pi ATP + H O Obs. Mentre que en el mitocondri els protons s'acumulen a l'espai intermembranós, els cloroplasts ho fan a l'interior dels tilacoides. 37 BIOLOGIA - PAU 2020 En el mateix moment que s'activa el fotosistema II també s'activa el fotosistema I.

Aquest també capta energia i el seu pigment diana (clorofil·la A) s'oxida i perd dos electrons, que són captats per la ferredoxina (Fd) (primer acceptor d'electrons). La ferredoxina es redueix quan capta aquests electrons i s'oxida quan els cedeix a la NADP - reductasa que s'activa, capta dos protons del estroma i, juntament amb dos electrons, els transfereix a un ió NADP+ de l'estroma, que es redueix a NADPH (fotoreducció del NADP+ ). NADP+ + 2 H+ + 2 e- NADPH + H+ La fosforilació acíclica és un flux d'electrons desde l'aigua fins al NADPH . Balanç energètic Per cada NADP+ que es redueix es necessiten dos protons, per la qual cosa es necessita la fotòlisi d'una molècula d'aigua.

Aquesta reacció dona lloc a dos electrons i com que cadascun necessita l'impacte de dos fotons, un en cada fotosistema, en total es necessiten quatre fotons. Finalment, com que el nombre de protons introduïts al tilacoide és quatre, dos de la fotòlisi de l'aigua i dos introduïts per la plastoquinona reduïda, i es sap que per cada tres protons que surten per l'ATP-sintetasa és genera un ATP, el nombre de molècules d'ATP sintetitzades és 1,33 (4/3 = 1,33) per cada molècula d'aigua hidrolitzada. En conclusió, en presència de llum hi haurà un flux continu d'electrons desde l'aigua fins al NADPH .

En aquest procés es sintetitza una mica més d'un ATP per a cada parell d'electrons que passen de l'aigua al NADPH . Es sintetitza 1,33 ATP per a cada NADPH . En la fase fosca, per cada NADPH que es consumeix es necessita 1,5 ATP. La diferència d'ATP que es necessita s'ha d'obtenir a partir de la fosforilació cíclica. Per portar a terme l'assimilació i la fixació d'un CO necessiten 3 ATP i 2 NADPH. Fosforilació cíclica 38 BIOLOGIA - PAU 2020 En aquesta fase només actua el fotosistema I i es genera un flux cíclic d'electrons que generarà ATP. Per dur-la a terme necessitem llum a una longitud d'ona superior a 700 nm (vermell).

La concentració de NADP regula l'activitat de la ferredoxina, de manera que la ferredoxina té la capacitat de: Cedir els seus electrons al NADP i reduir-lo. Passar els electrons a uns intermediaris que els conduiran de nou al fotosistema I. En aquest últim cas la ferredoxina passa els electrons a la plastoquinona. Aquesta s'activa, capta dos protons de l'estroma i al oxidar-se i reduir la plastocianina els introduirà dins del tilacoide, creant una diferència de potencial electroquímic. Aquest es regula sortint els protons de l'interior del tilacoide cap a l'estroma, a través de l'ATP - sintetassa. Aquesta, en activar-se, fosforila un ADP + Pi a un ATP (fosforilació oxidativa).

Aquest flux cíclic d'electrons determina exclusivament la formació d'ATP mitjançant la fosforilació oxidativa. Fase fosca o biosintètica 39 BIOLOGIA - PAU 2020 La síntesis de compostos de carboni es duu a terme per un procés cíclic anomenat Cicle de Calvin, un conjunt de reaccions que determinen la reducció del CO atmosfèric i la seva assimilació. En aquest procés s'utilitza l'energia i el poder reductor sintetitzats a la fase lluminosa. Aquest cicle té lloc a l'estroma i en ell activa un enzim anomenat rubisco (ribulosa - 1,5 - difosfat - carboxilasa - oxidasa).

La rubisco és un enzim poc eficaç i pesat que constitueix més del 50% de les proteïnes presents en una fulla, cosa que la converteix en la proteïna més abundant en la natura. El Cicle de Calvin Fixació del CO El CO és unit a la pentosa - ribulosa - 1,5 - difosfat gràcies a l'enzim rubisco i dona lloc a un compost de 6C molt inestable que ràpidament es dissocia en dues molècules de 3C (àcid-3-fosfoglicèrid). Reducció del CO Es redueix l'àcid - 3 - fosfoglicèrid a gliceraldehid - 3 - fosfat. En aquesta reducció s'utilitza l'ATP i el poder reductor obtingut a la fase lluminosa. Per cada àcid - 3 - fosfoglicèrid que reduïm utilitzem un ATP i un NADPH.

40 BIOLOGIA - PAU 2020 Una gran part de les molècules obtingudes de gliceraldehid - 3 - fosfat s'invertiran en la regeneració de la ribulosa - 1,5 - difosfat però una petita part d'aquestes molècules de nova formació, és a dir, serà la matèria orgànica que s'acaba de sintetitzar. Es poden formar glicerina, riboses, hexoses, etc. Regeneració de la ribulosa 1-5 difosfat És duu a terme a partir d'una gran part del gliceraldehid - 3 - fosfat a través del cicle de les pentoses. En aquesta part de la via es consumeix un ATP per cada ribulosa - 1,5 - difosfat regenerada. Finalment, per cada CO atmosfèric incorporat es necessiten 2 NADPH i 3 ATP.

Balaç energètic de la fotosíntesi oxigènica del carboni Per sintetitzar una molècula de glucosa es necessiten realitzar 6 Cicles de…