El Catabolisme: Metabolisme Degradatiu

I 30 flashcards i 20 preguntes més al document.

Text del document

Biologia 2n de Batxillerat UNITAT 6. EL METABOLISME DEGRADATIU. CATABOLISME. 1. Panoràmica general del catabolisme Tot i que els éssers vius eucariotes som molt diversos quant a la nostra morfologia, el nostre metabolisme presenta poques diferències. Totes les cèl·lules eucariotes són capaces de degradar molècules orgàniques complexes a molècules més simples amb la finalitat d'obtenir energia L'energia obtinguda s'utilitzarà per a la síntesi de noves molècules (anabolisme) o per altres funcions (transport actiu, moviment, mantenir la temperatura etc.) En els organismes eucariotes heteròtrofs aconseguim nutrients dels nostres aliments que degradem per obtenir energia.

Si bé els nutrients energètics són bàsicament els glúcids i alguns lípids, les cèl·lules poden degradar també proteïnes i àcids nucleics. En el cas dels organismes eucariotes autòtrofs , el catabolisme segueix les mates vies però les molècules que degraden provenen de la fotosíntesi. La fase I del catabolisme és la degradació de les grans molècules a molècules més senzilles o monòmers essencials. Aquesta part és la digestió i en els animals té lloc a l'aparell digestiu (metabolisme extracel·lular). Durant aquesta fase no s'obté energia. La fase II del catabolisme té lloc al citoplasma cel·lular.

Consisteix en la degradació dels monòmers ( monosacàrids, aminoàcids, àcids grassos nucleòtids) fins a molècules intermediàries més petites. Durant aquesta fase s'obté energia. La Fase III té lloc a l'interior del mitocondri. L'oxigen és necessari per degradar els intermediaris fins a molècules inorgàniques: CO2 i H2O S'allibera una gran quantitat d'energia. Biologia 2n de Batxillerat Biologia 2n de Batxillerat 2. El catabolisme de glúcids 2.1. Introducció La glucosa és el principal monosacàrid que obtenim de la digestió dels polisacàrids o bé per fotosíntesi. És el combustible cel·lular per excel·lència.

La seva degradació inclou diverses fases .La primera part s'anomena glucòlisi té lloc a citoplasma on la glucosa és transformada a àcid pirúvic. La majoria de cèl·lules oxiden la glucosa fins a CO2 i H2O , respiració de la glucosa .Aquesta última fase és aeròbia i té lloc dins el mitocondri. Només algunes cèl·lules ,poden degradar la glucosa en absència d'oxigen fins a un compost orgànic senzill (àcid làctic, alcohol). Anomenen fermentació a aquest procés i té lloc al citoplasma. Biologia 2n de Batxillerat 2.2. La glucòlisi. La glucòlisi és una ruta catabòlica que consta de 10 reaccions. Durant la glucòlisi la glucosa és degrada a dues molècules d'àcid pirúvic o piruvat.

Té lloc al citoplasma. Equació global de la glucòlisi: glucosa + 2 NAD+ + 2 ADP + 2 Pi 2 piruvat + 2 NADH + 2H+ + 2 ATP + +2 H2O El destí del piruvat: En la majoria de cèl·lules el piruvat entrarà al mitocondri i serà oxidat fins a CO2 i H2O. En les cèl·lules anaeròbies facultatives, com les fibres musculars, en absència d'oxigen el piruvat serà fermentat al citoplasma. Biologia 2n de Batxillerat 2.3. Les fermentacions. Les fermentacions són rutes catabòliques anaeròbies que tenen lloc al citoplasma i que només realitzen algunes cèl·lules eucariotes.

Tenen com a objectiu: Aconseguir energia de la glucosa en forma d'ATP ( encara que és una ruta poc eficient) Reciclar el NADH reduït que no pot ser utilitzat a la CTE del mitocondri per tal que no s'aturi la glucòlisi. Tot i que hi ha molt tipus de fermentacions en bacteris, en cèl·lula eucariota bàsicament n'hi ha dues segons el producte final: la fermentació alcohòlica (llevats) i la fermentació làctica ( fibres musculars) Els bacteris fan altres tipus de fermentacions a part d'aquestes dues: propiònica, butírica, acètica etc. La fermentació alcohòlica La fan els llevats tipus Saccharomyces.

Tradicionalment s'han usat aquests llevats per la fabricació de begudes alcohòliques com el vi i la cervesa així com per fermentar el pa. . En absència d'oxigen les cèl·lules transformen l'àcid pirúvic ( o piruvat) a alcohol etílic. Biologia 2n de Batxillerat Equació global de la fermentació alcohòlica glucosa + 2 ADP + 2 Pi 2 etanol + 2 CO2 + 2 ATP + 2 H2O La fermentació làctica La fan les cèl·lules musculars i també alguns bacteris com els bacteris del iogurt (Streptococcus i Lactobacillus). En absència d'oxigen les cèl·lules transformen l'àcid pirúvic a àcid làctic Equació global de la fermentació làctica glucosa + 2 ADP + 2 Pi 2 lactat + 2 ATP + 2 H2O Biologia 2n de Batxillerat 2.4.

La respiració En condicions d'aeròbia el piruvat entrarà dins el mitocondri i serà degradat fins al final. La respiració continua dins els mitocondri i inclou: a) Descarboxilació del piruvat b) El cicle de Krebs. c) Cadena de transport electrònic i fosforilació oxidativa. a) Descarboxilació del piruvat És produeix quan el piruvat travessa la membrana del mitocondri. El piruvat s'oxida reduint una molècula de NAD+ i es descarboxila alliberant CO2. L'acetil unit al Coenzim A serà el substrat inicial del cicle de Krebs. b) El cicle de Krebs El cicle de Krebs o cicle dels àcids tricarboxílics és una ruta catabòlica cíclica que té lloc a la matriu mitocondrial.

Durant aquesta ruta l'acetil-CoA serà oxidat fins al final. El funcionament del cicle rendeix GTP i nucleòtids reduïts (FADH2 i NADH + H+ ) Biologia 2n de Batxillerat Equació global del cicle de Krebs 1Acetil-coA + 1GDP + Pi + 1FAD +3 NAD+ + 2 H2O 2 CO2 + 1GTP + 1FADH2 + 3NADH + 3 H+ + CoA Biologia 2n de Batxillerat c) La cadena de transport electrònic i la fosforilació oxidativa. Les diferents etapes del catabolisme convergeixen cap a la fase final de la respiració cel·lular, processos coneguts com a cadena de transport electrònic i fosforilació oxidativa. Tenen lloc al mitocondri, en concret a la membrana interna on es situen els transportadors dels electrons i les ATP sintases .

És l'únic procés on intervé l'oxigen . Durant les fases anteriors s'obtenen nucleòtids reduïts. Aquest poder reductor podrà ser utilitzat durant l'anabolisme o bé podrà generar ATP en aquesta última fase de la respiració. La cadena de transport electrònic consisteix en un seguit de proteïnes transportadores d'electrons. Les podem trobar en dos estats, oxidat o reduït. https://biomodel.uah.es/metab/mitoc/mitoE-ubicacion-grande.htm Biologia 2n de Batxillerat El flux d'electrons es produeix des del des del NADH i del FADH2 fins a l'O2 a través dels complexos de la cadena de transport electrònic.

Els electrons flueixen de les molècules amb potencials redox més negatius a les que tenen potencials més positius. El NADH2 és el donador inicial a la CTE i redueix al primer transportador, mentre ell quedarà en estat oxidat. El primer transportador s'oxida reduint al següent, i així successivament fins que finalment l'O2 , que és l'acceptor final dels electrons, es redueix a H2O. Biologia 2n de Batxillerat El funcionament de la cadena de transport electrònic comporta el bombeig de protons cap l'espai intermembranós generant un gradient de pH i un potencial elèctric transmembrana que crea una força motriu de protons.

La fosforilació oxidativa és el procés en el que es genera ATP com a resultat de la transferència dels electrons el NADH i del FADH2 a l'O2. La síntesi d'ATP té lloc quan els protons retornen a la matriu mitocondrial a favor de gradient a través d'uns complexos enzimàtics anomenats ATP-sintases. Tot i que està en revisió, s'ha calculat que cada NADH2 que cedeix electrons a la CTE origina 3 ATP, mentre que el FADH2 només 2 ATP Balanç energètic de la respiració d'una molècula de glucosa. Podem calcular la quantitat d'energia que podem obtenir d'una molècula de glucosa quan s'oxida completament fins a CO2 i H2O.

Ruta ATP Nucleòtids Reduïts CTE Energia Total en ATP *Glucòlisi 2 ATP 2 NADH + H+ 6 ATP 8 ATP Oxidació piruvat Acetil CoA x2 2 NADH + H+ 6ATP 6 ATP Cicle de Krebs x2 6 NADH + H+ 2 FADH2 2 GTP 18 ATP 4 ATP 24 ATP * Despesa transport NADH + H+ citoplsmàtic -2ATP TOTAL 36 ATP *El nucleòtids reduïts al citoplasma han d'entrar al mitocondri si cedeixen les electrons a la CTE, això suposa una despesa energètica aproximada d'un ATP Es calcula que el balanç energètic de respirar una molècula de glucosa és de 36 ATP Balanç energètic de la respiració d'una molècula de glucosa 1 glucosa + 6 O2+ 36ADP+36Pi 6CO2 +6 H2O + 36 ATP Biologia 2n de Batxillerat 3.

El catabolisme de lípids Els àcids grassos aconseguits durant la digestió dels acilglicèrids i d'altres lípids gràcies a l'acció de les lipases s'emmagatzemen al teixit adipós o bé poden ser oxidats aeròbicament al mitocondri per tal d'obtenir energia. En els animals vertebrats els àcids grassos és un combustible cel·lular amb un alt valor calòric que poden proporcionar una energia de 9 Kcal/g , una energia superior als glúcids que ens en proporcionen només 4 Kcal/g.

La ruta catabòlica de degradació dels àcids grassos té lloc a la matriu del mitocondri i s'anomena β-oxidació dels àcids grassos o Hèlix de Lynen La utilització dels àcids grassos com a font d'energia varia en funció dels teixits i està relacionada amb l'estat metabòlic de l'organisme. El múscul esquelètic, el múscul cardíac són els teixits que més depenen dels àcids grassos mentre que el teixit nerviós no els pot oxidar. a) La primera etapa és l'activació de l'àcid gras al citoplasma. Aquesta etapa requereix energia ( equivalent aproximadament a 2 ATP). L'àcid gras s'uneix al coenzim A.

b) L'acil-CoA ( àcid gras unit al Coenzim A) es transportat cap a dins la matriu mitocondrial gràcies al transportador carnitina. Biologia 2n de Batxillerat c) Oxidació de l'àcid grans fins a acetil-CoA. (Hèlix de Lynen) La quantitat de nucleòtids reduïts obtinguts durant la β-oxidació depèn de la llargada de l'àcid gras. Els acetil-CoA que obtenim durant la hèlix de Lynen seran oxidats al cicle de Krebs.

Posem un exemple, un àcid gras de 20 carbonis donarà 9 voltes a la hèlix de Lynen i n'obtindrem 9 FADH2 I 9 NADH + 9H+ i 10 Acetil-CoA Balanç energètic de l'oxidació o respiració d'un àcid gras ( 20 carbonis) Ruta ATP Nucleòtids Reduïts CTE Energia Total en ATP Activació de l'àcid gras -2 ATP -2 ATP Hèlix de Lynen x9 9 FADH2 9 NADH + H+ 18 ATP 27 ATP 45 Cicle de Krebs x10 30 NADH + H+ 10 FADH2 10GTP 90 ATP 20ATP 10 ATP 120 ATP TOTAL 163 ATP Biologia 2n de Batxillerat 4. El catabolisme de les proteïnes Les proteïnes són nutrients constructors, un cop digerides, els éssers vius utilitzen els aminoàcids resultants per a construir les seves pròpies proteïnes.

Tot i això els aminoàcids es poden catabolitzar, ja sigui perquè en sobren ( una dieta hiperproteica) o bé per manca d'altres substrats oxidables (dejuni prolongat). Els aminoàcids tenen un metabolisme complex, no tenen una única ruta catabòlica al ser molt diversos. Tots els aminoàcids que seran oxidats pateixen prèviament la desaminació , pèrdua del grup amino. Aquest procés té lloc amb molta intensitat al fetge. Aquest grup serà transformat a una substància de rebuig, la urea, que serà excretada a l'orina. Un cop desaminats els esquelets de cada aminoàcid s'incorporen a diferents punts del catabolisme segons la seva dimensió i característiques. Biologia 2n de Batxillerat