Texto del documento
Metabolisme El metabolisme pot definir-se com el conjunt de processos químics catalitzats (regulats) per enzims que tenen lloc a l'interior de les cèl·lules. Els objectius principals del metabolisme són: - Transformar les substàncies incorporades de l'entorn en matèria primera per a la cèl·lula. - Obtenir energia utilitzable per a les cèl·lules (ATP). - Fabricar i reparar els components cel·lulars. - Fabricar i degradar molècules amb funcions específiques (hormones, neurotransmissors, etc.). 1.1 - Metabolisme autòtrof i heteròtrof FONT DE MATÈRIA FONT D'ENERGIA AUTÒTROFS Es fan el seu propi aliment. Biomolècules inorgàniques.
Font de carboni: CO2 Fotosintètics/ fotoautòtrofs Llum solar: realitzen la fotosíntesi (plantes, algues i bacteris fotosintètics). Quimiosintètics o quuimioautòtrofs Oxidació de compostos inorgànics: realitzen la quimiosíntesi (bacteris quimiosintètics) HETERÒTROFS No es poden fer el seu propi aliment, degradem l'aliment. Biomolècules orgàniques i inorgàniques. Font de carboni: biomolècules orgàniques. Quimioheteròtrofs Degradació (oxidació) de biomolècules orgàniques (animals, fongs, protoctists i bacteris heteròtrofs) Fotoheteròtrofs Radiació solar: font de carboni a partir de matèria orgànica (bacteris porprats no sulfuris).
Cèl·lula autòtrofa entrada de nutrients (biomolècules inorgàniques) i dins el metabolisme amb la llum solar fan la fotosíntesi, creen biomolècules orgàniques simples que donen lloc al catabolisme (degradació de biomolècules, s'allibera ATP) o anabolisme (síntesi de biomolècules, es necessita ATP), per després haver una secreció i excreció. Cèl·lula heteròtrofa entrada de nutrients (biomolècules orgàniques i inorgàniques) i dins el metabolisme amb la digestió obtenim biomolècules orgàniques simples que donen al catabolisme o l'anabolme, per després haver una secreció i excerció.
1.2 - Anabolisme i catabolisme Les reaccions químiques que constitueixen el metabolisme es poden agrupar en dos tipus de processos: Catabolisme Processos de degradació de molècules Oxidacions: perd protons i electrons, redueix altres susbstàcncies. FORMA OXIDADA Es produeixen deshidrogenacions: els hidrogens són captats per coenzims que es redueixen (s'allibera NADH, FADH2, etc.) Alliberen energia en forma d'ATP Anabolisme Processos de síntesi de molècules Reduccions: guanya protons H+ i electrons e- , cedeixen electrons i s'oxiden. Es produeixen hidrogenacions: els hidrogens són aportats per coenzims que s'oxiden (es genera NAD+ , FAD, etc.) Necessiten aportació d'energia en forma d'ATP.
ATP i els canvis d'energia mecanisme de transferència més utilitzat per les cèl·lules és el denominat cicle de l'ATP/ADP, que implica la formació i el trencament d'enllaços rics en energia entre els grups fosfat 2n i 3r de l'ATP. Fosforilació d'ADP a ATP hidròlisi de l'ATP a ADP / ADP + Pi + energia ATP + H2O On es sintetitza l'ATP fosforilació a nivell de substrat, fosforilació de les ATPases o ATP sintases (mitocondris i cloroplasts). 1.3 - Reaccions i rutes metabòliques Reacció química transformació d'una o vàries substàncies a una o vàries susbstàncies. De reactius a productes.
Rutes metabòliques de substrat inicial a producte final amb metabòlits intermediaris (reaccions químiques enllaçades). Reactius i productes dissolts a l'aigua (que aquesta pot actuar com un dels dos), estan catalitzades per enzims, són seqüencials, Poden ser lineals, ramificades (convergent o divergent) o cícliques. 2. ENZIMS Els enzims són biocatalitzadors positius , proteïnes globulars que catalitzen reaccions químiques en el éssers vius, i faciliten i acceleren aquestes reaccions. Els enzims disminueixen l'estat de transició i, per tant, l'energia d'activació. PROPIETATS Són proteïnes globulars, seqüència d'aminoàcids sota el control genètic.
Posseeixen conformació nativa etable (canvis de conformació afecten a l'activitat). Síntesi està subjecte a regulació, poden desnaturalitzar-se, especificitat de reacció i de substrat. Per ser catalitzadors: Faciliten i acceleren les reaccions en disminuir l'eneria d'activació, no afecten l'equilibri de la reacció, no s'alteren en la reacció (l'enzim un cop ha actuat queda lliure), es necessiten en quantitats molt petites.
Per ser biocatalitzadors Es diferencien dels catalitzadors inorgànics en er més eficaços per elevar la velocitat de reacció (entre 106 i 104 vegades), catalitzen reaccions específiques, presenten una cinètica de saturació (encara que li afageixi més, no actua més ràpid) per substrat i el seu funcionament està regulat per estímuls intra i extracel·lulars. Tipus: Enzims senzills només proteïna. Holoenzim apoenzim + cofactor (catió metàl·lic o molècula complexa que pot ser grup prostètic o coenzim (vitamina)) - Vitamines (part no proteica): les hem de consumir pq no les poden sintetitzar. Molècules heterogènies que es requereixen en petites quantitats per al manteniment de funcions metabòliques.
2.5 - Mecanisme d'acció enzimàtica: E + S complex E-S P+E e (enzim) / s (substrat) / p (producte)* Especificitat enzimàtica hi ha especificitat de substrat (cada enzim té un centre actiu específic per un substrat) i una especificitat d'acció (cada enzim té la seva funció). Pot ser: Absoluta l'enzim només actua sobre un substrat. De grup l'enzim reconeix un grup funcional comú a diversos substrats. Estereoquímica l'enxim selecciona els diferents isòmers d'un substrat. Model clau-pany: el substrat i el centre actiu tenen formes complementàries. D'ajust induït o guan-mà: el substrat indueix un canvi conformacional en el centre actiu per a generar l'ajust entre tots dos.
Efecte de la concentració de substrat: a concentracions de substrat baixes, la velocitat de la reacció augmenta de manera proporcional a l'increment de la concentració de substrat. Quan la concentració de substrat és elevada, s'aconsegueix la velocitat màxima de reacció (enzim saturat, tots ocupats en la catàlisi). Km meitat de la velocitat màxima. Efecte del pH: l'enzim funciona a pH òptim, sihi ha pH molt àcid o bàsic, l'enzim es desnaturalitza i ja no funciona. Efecte de la temperatura: a temperatures molt altes, l'enzim es desnaturaliza (40ºC temperatura òptima).
Presència d'inhibidors: Inhibició competitiva: inhibidor i substrat competeixen per unir-se al centre actiu (si l'inhibidor s'uneix el substrat no pot actuar). És reversible , l'efecte pot revertir-se augmentant la concentració de substrat. Inhibició no competitiva: l'inhibidor s'uneix a un lloc diferent del centre actiu, i provoca un canvi de conformació irreversible (depenent de la força de unió) que bloqueja l'activitat de l'enzim en distorsionar el centre actiu. És reversible si la unió inhibidor-enzim és feble i, per tant, temporal. Però no es reverteix l'efecte augmentant la concentració de substrat. Activadors enzimàtics molècules que s'uneixen als enzims i augmenten la seva activitat.
Tenen una acció oposada a Enzims al·lostèrics: Poden adoptar dues conformacions interconvertibles anomenades conformació R (relazada) i T (tibant). Tenen centre reguladors, als quals poden unir-se molècules moduladores o efectores que poden ser inhibidores o activadores. En general, tenen diverses subunitats, diverses cadenes peptídiques. Entre les subunitats es dona un efecte cooperatiu. Presenten una cinètica diferent dels enzims no al·lostèrics, en relació amb la concentració de substrat; la gràfica és una corba sigmodial. CATABOLISME I ANABOLISME Degradació (oxidació) de molècules orgàniques amb la finalitat d'obtenir energia en forma d'ATP.
Durant les oxidacions s'obtenen coenzims reduïts (NADH, FADH2, etc.) necessaris per a l'anabolisme (poder reductor). Es tracta de processos exotèrmics, oxidatius i generalment convergents. Està conformat per una sèrie de rutes metabòliques convergents: totes les degradacions (tant de glúcids com de lípids o proteïnes) convergeixen en el cicle de Krebs, que es desenvolupa a la matriu mitocondrial i suposa la degradació total de la matèria orgànica a inorgànica (CO2 i H2O) tal i com mostra l'esquema. Fermentació: sense oxigen, té lloc al hialoplasma. Degradacions incompletes. Respiració aeròbica: amb oxigen, té lloc al mitocondri. El producte final és una molècula orgànica.
GLUCÒLISI degradació de la glucosa a piruvat (= àcid pirúvic), es porta a terme al hialoplasma. En cèl·lules animals glúcids dels aliments, degradació del glicogen emmagatzemats en els músculs i el fetge, neoglucogènesi (a partir d'aminoàcid i àcid làctic). En cèl·lules vegetals glucosa sintetizada en la fase fosca de la fotosíntesi, degradació del midó, neoglucogènesi. Objectius: - Obtenir energía en forma d'ADP - Obtenir poder reductor en forma NAD+H - Obtenir recursos metabòlics Regulació: - Nivells alts d'ATP: inhibeixen la glucòlisi. - Nivells alts d'AMP i ADP: activen la glicòlisi.
Característiques: En el hialoplasma, ruta anaeròbica, produeix ATP mitjançant fosforilació en el substrat, genera poder reductor en forma de NADH, subministra a la cèl·lula diversos metabòlits intermedis. Reacció global de la glucòlisi: Glucosa + 2 NAD+ + 2 ADP + 2 Pi --> 2 Piruvats + 2 NADH + 2 ATP + 2 H+ + 2 H2O FERMENTACIONS: La fermentació és un procés catabòlic anaerobi que ocorre al hialoplasma i en el qual es produeix una degradació de la matèria orgànica a biomolècules orgàniques més simples, amb la finalitat d'obtenir energia. Etapes: 1. glucòlisi (degradació de la glucosa a piruvat i s'obtenen 2 ATP i 2 NADH). 2.
reducció del piruvat a lactat (fermentació làctica) o a etanol (fermentació alcohòlica). Fermentació làctica ho fan els bacteris làctics (lacteobacillus) i les cèl·lules del múscul esquelètic en absència d'oxigen. L'àcid làctic disminueix el pH i provoca la desnaturalització de les proteïnes de la llet, que es tornen insolubles i precipiten. S'obtenen així derivats làctics com el formatge o el iogurt. Fermentació alcohòlica ho fan els llevats del gènere Saccharomyces, emprats industrialment en l'obtenció de begudes alcohòliques com el vi o la cervesa, depenent de l'espècie i el procés.
També, en l'elaboració del pa: actuen sobre els sucres o les farines; el CO2 augmenta el volum de la massa i l'etanol s'evapora durant la cocció. Característiques: Rutes catabòliques anaeròbies (sense O2). Transcorren en el hialoplasma. Són degradacions incompletes: el producte final és un compost orgànic. Consumeixen el NADH de la glucòlisi i restauren el NAD+ . No s'obté més ATP que el de la glucòlisi. Mecanisme més antic d'obtenció d'energia de les cèl·lules. Les cèl·lules anaeròbies estrictes (determinats bacteris) només poden obtenir energia dels compostos orgànics a través de les fermentacions.
Respiració aeròbia conjunt de processos catabòlics que tenen lloc als mitocondris, en els quals es produeix la degradació total de les molècules orgàniques amb obtenció d'ATP i consum d'oxigen. Obtenció d'acetil-CoA partint del piruvat de la glicòlisi es fa la descarboxilació oxidativa Cicle de Krebs (MOLT PODER REDUCTOR) ruta amfibòlica que, en la respiració aeròbia, realitza la degradació de l'acetil-CoA a CO2, al mateix temps que es genera GTP i coenzims reduïts.
glucosa piruvat mitocondri acetil CoA cicle de krebs cadena de nosequé mitocondrial Coenzims reduïts NADH i FADH2, generats en tots els processos anteriors (glucòlisi, descarboxilació oxidativa del piruvat i cicle de krebs), cedeixen electrons, que han captat en les reaccions d'oxidació, a una cadena de transports d'electrons situada en la membrana mitocondrial interna. Catabolisme de lípids: Els àcids grassos es degraden en la matriu mitocondrial. La degradació implica tres etapes: activació, entrada en el mitocondri i la beta-oxidació. Amb els triglicèrids (molècules de reserva energètica). 1. Hidròlisi (lipasa) que dona glicerol i 3 àcids grassos i el glicerol s'incorpora a la glucòlisi 2.
Reacció global de la beta-oxidació: àcid(n)-CoA+FAD+H2O+NAD+ +CoA Acil-CoA(n-1) + FADH2+NADH+H+ +Acetil-CoA Cicle de krebs: Acetil-CoA+3NAD+ +FAD+GDP+H2O CoA+3(NADH+H+ )+FADH2+GTP+2CO2