Metabolisme Cel·lular: Catabolisme i Anabolisme

I 72 flashcards i 49 preguntes més al document.

Text del document

TEMA 4 CATABOLISME INTRODUCCIÓ Serveix per obtenir energia a través de la transformació en monòmers de molècules grans. Les biomolècules que utilitzem per obtenir energia són els glúcids i els lípids: - La primera font d'energia que es gastarà serà la procedent dels glúcids (polisacàrid de reserva energètica exclusiu dels animals: glucògen). Aquest es troba lliure al citoplasma, sobretot en el fetge i els músculs i obtenim la seva energia a través del trencament dels enllaços O-glucosídics per cada gram de glúcid obtenim 4,2 Kcal.

- Quan acabem les reserves dels glúcids començem a gastar la dels lípids per satisfer les necessitats energètiques de l'organisme (obtenim l'energia dels triacilglicèrids (greix-grasa): tres àcids grasos + glicerina). El trencament dels enllaços éster (àcid + alcohol) fa alliberar energia. Aquests els trobem als adipòsits, és a dir a la dermis, la capa més profunda de la pell. Per cada gran de lípid obtenim 9,5 Kcal. CATABOLISME DE GLÚCIDS La molècula que agafarem com a donadora d'electrons és la glucosa i la reacció global (oxidació) és: C6H12O2 + 6O2 6H2O + ATP + 6CO2 Aquest procés de degradació s'estudia en 3 fases: 1. La glucòlisi 2. Cicle de Krebs 3.

Transport d'electrons o cadena respiratòria GLUCÒLISI La glucòlisi té lloc al citosol/citoplasma i consisteix en transformar una molècula de glucosa (substrat) en dues molècules d'àcid pirúvic (piruvat producte). Es divideix en dues etapes: 1. La glucosa es fosforila (agafa un àcid fosfòric: H3PO4) i posteriorment es trenca per formar un compost de 3 C que és el gliceraldehid-3-P (glicoaldehid 3 fosfat). 2. El sucre de 3C es transforma en priuvat.

Equació general de la glucòlisi Substrat productes; Glucosa + 2ADP + 2P + 2NAD 2piruvat + 2ATP + 2H2O + 2NAD + 2H 2ADP + 2P on P; fosfat inorgànic H3PO4 El priuvat és capaç de seguir dues vies metabòliques diferents, depenent de si el medi és anaerobi o aerobi: Anaerobi: Quan no hi ha oxigen, farà fermentacions Aerobi: Si hi ha oxigen farà la respiració cel·lular FERMENTACIÓ LÀCTICA Es pot donar en les cèl·lules musculars com a conseqüència d'un exercici fort. Típic de bacteris del gènere Lactobacillus i Streptococcus. FERMENTACIÓ ALCOHÒLICA Molt típic en els G.Saccharomyces G=gènere RESPIRACIÓ CEL·LULAR Existeixen dues vies metabòliques diferents: Cicle de krebs i la cadena respiratòria 1.

CICLE DE KREBS/CICLE DE L'ÀCID CíTRIC/CICLE DELS ÀCIDS TRICARBOXÍLICS El piruvat s'ha de transformar en el acetil-CoA per iniciar el cicle de krebs: En el cicle de krebs es produeix l'oxidació total o degradació de les molècules que li entren en el cicle fins obtenir CO2 i H2O. Hi ha 8 reaccions amb dues fase: 1a Fase: Descarboxilació i oxidació (1-4) - Es desprèn CO2 i dues molècules de NAD+H (reduides perquè hi ha hidrogen), formant així un compost activat amb el coenzimA de 4C (succinil). 2a Fase: Regeneració de l'oxalacètic (OAA) - Una fosforilació a nivell de substrat i oxidacions per deshidrogenació forma respectivament GTP, FADH2 i NADH+H .

Aquest cicle és molt important perquè l'acetat (acetil-CoA) és com un metabòlit cruïlla, és a dir, una ruta on hi van a parar tant els glúcids, com greixos (triacilglicèrids) i alguns aa. Fórmula del cicle de krebs: Es produeix a la matriu mitocontrial Balanç a nivell del C.Krebs: En la glucòlisi: Hem obtingut 2 ATP i 2NADH+H - El PYR s'ha convertit en acetat (acetil-CoA) 2NADH+H En el C.K: Hem obtingut 1GTP, 1FADH2 i 3NADH+H Ara bé, com que venim d'obtenir dos piruvats, hem de multuplicar tots els elements per dos, per tant, ens queden 2GTP, 2FADH2 i 6NADH+H 2.

CADENA RESPIRATÒRIA I FOSFORILACIÓ OXIDATIVA Té lloc a les crestes mitocondrials i es tracta del mecanisme pel qual els electrons dels hidrògens (que formen part de les molècules oxidades) es transporten fins a l'oxigen, produint una alliberació d'energia en forma d'ATP. L'oxigen és l'acceptor final dels e que faran formar aigua. La utilització d'aquesta energia en la formació d'ATP s'anomena fosforilació oxidativa. Per cada FADH2 reduit podem formar fins a 2 ATP (entra més tard) i per cada NADH+H obtindrem 3 ATP. Es forma un oxigen molecular. Entre els substrats tenim el NADH+H , FADH2, O2 i ADP + Pi (P inorgànic). Entre els productes tenim el NAD , FAD, H2O i ATP.

Entre els coenzims hi ha el FMN (flavin mononucleòtid), ferroporfirines que formen els citocroms a, b i c. RENDIMENT ENERGÈTIC DE L'OXIDACIÓ TOTAL DE LA GLUCOSA Calcularem el nombre de molècules d'ATP produides quan la glucosa s'oxida per complet. - Si no hi hagués oxigen, el piruvat que es forma de la gluolisi, aniria a fer fermentacions, l'energia obtinguda en aquest cas seria de només 2 ATP obtinguts a nivell de substrat, perquè els NADH reduits obtingut de la glucòlisi s'utilitza per fer les fermentacions, per tant, no anirà a la cadena respiratoria. Vol dir que la glucosa no s'ha oxidat completament.

Si hi ha oxigen en el piruvat, continuarà oxidant-se, seguint el cicle de krebs i la CR, amb un total de 38 ATP CATABOLISME DE LÍPIDS Comença amb la degradació dels TAG, els quals són trencats en glicerina i àcids grassos, per acció de les lipases que són enzims esterases que hidrolitzen la unió éster entre l'alcohol i un àcid gras. Els àcids grassos s'hidrolitzen en un procés anomenat B-oxidació o hèlix de Lynen, que té lloc a la matriu mitocondrial. Consisteix en pèrdues successives de grups acetil-CoA com parella d'àtoms de carboni té l'AG. L'acetil-CoA s'incorpora al CK.

La B-Oxidació dels AG - Primer s'ha d'activar l'AG, és a dir, aquest s'ha de combinar amb el coenzim CoA per formar l'Acil-CoA, té lloc al citoplasma. - En segon lloc, l'acilCoA entra dins el mitocondri, catalitzat per l'enzim carnitín-transferasa, requereix de la presència de carnitina. A continuació, l'acilCoA ja pot ser B oxidat El acil Coa perd hidrogens (els té el FAD) - L'acetil-CoA s'incorpora al CK fins la seva degradació total . - La seva degradació completa d'un AG saturat amb nombre parell d'àtoms de C, rendeix n molècules d'acetil CoA, sent n=nº de parells d'àtoms de C.

EXEMPLE: Si en n=2 obtindrem: 2 acetil CoA = n acetil CoA 1 NADH+H = (n-1) NADH+H 1 FADH2 = (n-1) FADH2 1 volta = (n-1) voltes de la b-oxidació EXERCICI Calcula l'energia que ens proporcionaria l'àcid palmític de 16 àtoms de C.

Les reaccions produides en el catabolisme dels lípids són les següents: Activació de l'AG; S: àcid gras P: Acil-CoA ATP: AMP (adenosina monofosfat)+PPi (pirofosfat) Citoplasma B-Oxidació; S: Acil-CoA / AG P: Acetil-CoA Coenzims: NAD / NADH+H FAD / FADH2 Lloc: Matriu mitocondrial CATABOLISME DE LES PROTEÏNES No tenen funcions energètiques, ara bé, en casos com la dieta hipocalòrica o en dejunis, els aminoàcids poden utilitzar les proteïnes per oxidar-los i extreure energia. Les proteïnes comencen el seu procés de catabolisme en la digestió, és a dir, durant la degradació de proteïnes per part dels enzims, aquó obtenim els aa corresponents.

Tot això, inicia a l'estómac (que hi ha pepsina) i acaba al duodè (intestí prim). Els aa obtinguts passen a la sang que els distribueix a les nostres cèl·lules. - CATABOLISME DELS AMINOÀCIDS En primer lloc, s'ha d'eliminar el grup amino d'aquell aa i, posteriorment, s'ha d'oxidar l'esquelet carbonat (molècula restant) fins a CO2 i H2O. El camí catabòlic s'utilitza en casos com: - Quan no els necessitem per la sintesi. - Quan hi ha un excés (quan es consumeix masses proteïnes). - Quan per dejuni o en alteracions metabòliques, és l'únic material combustible accessible.

Per eliminar el grup amino, tenen lloc unes reaccions en el citoplasma que estan catalitzades per uns enzims anomenats transaminases o aminotransferases. ELIMINACIÓ DEL GRUP AMINO Les reaccions de transaminació, no suposen una desaminació (eliminació del grup amino) neta sinó que la seva finalitat és acumular els grups amino en un sol aa que normalment és el glutamat, aquest és l'únic aa que elimina el grup amino directament i de forma elevada. DESAMINACIÓ OXIDATIVA El glutamat entra al mitocondri i segueix un procés de desaminació (perm el grup amino en forma d'ió amoni o amoníac) i es torna a recuperar el cetoàcid.

Aquest ió amoni pot ser utilitzat com a font de nitrogen per a fer bases nitrogenades, el que no s'utilitzi ha de ser eliminat ràpidament perquè és un tòxic. Les cèl·lules hepàtiques l'excreten formant urea i eliminant-ho per l'orina. DEGRADACIÓ DE L'ESQUELET CARBONAT DELS AA Les cadenes carbonades dels cetoàcids que queden es catabolitzen seguint diverses vies fins a finalitzar en la via comunitària del c.k.

RESPIRACIÓ ANAERÒBICA La realitzen alguns bacteris i en aquest tipus de respiració, l'exceptor final dels electrons no és l'oxigen sinó una molècula inorgànica, com per exemple el CO2, el sulfat i el nitrat que quan reben els electrons es redueixen: CO2 CH4 SO4² H2S No3 NO2 ANABOLISME AUTÒTROF FOTOSÍNTESI És un procés característic de certs organismes ( bacteris fotosintetizadors, cianobacteris, algues i plantes). Aquests organismes capten la radiació solar(= E.lluminosa) i la transformen en E química( ATP i NADPH) per poder fabricar els glúcids i altres components cel·lulars.

L' equació general: n H2O + n CO2 (CH2O) n + n O2 Els cianobacteris i plantes verdes usen l'aigua com a donador electrònic i alliberen oxigen. En el cas dels bacteris fotosintetitzadors seria el SH2 i expulsen S elemental. 1a FASE: Lluminosa: Consisteix en la síntesi d'ATP i NADPH a partir de l'energia lluminosa per l'activitat dels pigments fotosintètics i l'alliberament simultani d'oxigen. L'oxigen prové de la fotolisi de l'aigua, aquesta es trenca, ja que ha d'emplenar el buit electrònic que s'ha generat en el fotosistema 2. - Ha saltat un electró 2a FASE: Fosca: No depèn directament de la llum.

L'ATP i NADPH obtinguts abans serveixen per fixar i reduir el CO2 i sintetitzar glucosa i altres productes orgànics. FASE FOSCA Es produeix una molècula de CO2 per part d'una molècula ribulosa 1,5 fosfat en la fase de carboxilació es dona lloc 2 àcids 3-fosfoglicèrics, a continuació en la fase de reducció es forma el gliceraldehid 3 fosfat.

Finalment, en la fase de recuperació es regenera la primera molècula FACTORS EXTERNS EN LA REGULACIÓ DE LA FOTOSÍNTESI - Disponibilitat d'aigua: La baixa disponibilitat d'aigua en el sòl i l'atmosfera, redueix el rendiment fotosintètic, ja que quan falta aigua, es tanquen els estomes per evitar la deshidratació, però, com a conseqüència, l'entrada de CO2 disminueix. - [CO2]: El rendiment fotosintètic augmenta en relació directa amb la concentració de CO2 fins a un límit, a partir del qual s'estabilitza aquest rendiment, aquest moment correspon a la saturació de l'enzim pel seu substrat.

- T: 25-35ºC són òptimes, però pot variar segons l'espècie, ja que cada una està adaptada a viure en un intèrval de temperatures. Dins aquest intèrval a més temperatura més rendiment fotosintètic, si se sobrepassen els limits de ta, em poden produir alteracions enzimàtiques. - O2: Com més gran és la concentració d'O2, més baix és el rendiment fotosintètic, a causa dels processos de fotorespiració. Fotorespiració la matèria orgànica s'ha oxidat. - Llum: Cada espècie està adaptada a un interval de intensitat de llum i dins de cada interval a més intensitat de lllum, més rendiment fotosintètic.

Lo del color de les fulles a la tardor és degut a la fotooxidació dels pigments fotosintètics irreversible (es perd la clorofila) - Disponibilitat de nutrients minerals: Ha de tenir materia inorgànica en el sol per poder-la absorvir a través dels pèls absorvents de la planta. IMPORTÀNCIA BIOLÒGICA DE LA FOTOSÍNTESI En primer lloc, cal dir que la fotosíntesi és important perquè és un procés que origina el flux d'energia en els ecosistemes, pel fet que l'energia que prové del Sol, es transforma en energia química (la que hi ha en la materia orgànica) que pot ser utilitzada per la resta dels éssers vius.

En segon lloc, la fotosíntesi manté el cicle de la matèria, és a dir, la matèria orgànica produïda és la base de les cadenes tròfiques dels ecosistemes. En tercer lloc, es regula l'efecte hivernacle, ja que fixa el CO2 de l'atmosfera en forma de molècules orgàniques i per tant, el retira de l'atmosfera. En quart lloc, l'O2 alliberat pels productors, és un gas imprescindible per a tots els organismes aerobis incloent les plantes.

El fet d'alliberar-se oxigen (gràcies als cianobacteris i éssers fotosintetitzadors) va permetre que es formés Ozó (O3) i alhora, la vida no hagués pogut sortir de l'aigua, perquè l'O3 és capaç de filtrar les radiacions UV, que és mortal en els organismes (causa alteracions genètiques). QUIMIOSÍNTESI Síntesi de matèria orgànica, amb l'energia que es desprèn en les reaccions d'oxidació de determinades substàncies inorgàniques CICLE DE CALVIN