Metabolisme Cel·lular: Catabolisme i Anabolisme | PAU

I 0 flashcards i 4 preguntes més al document.

Text del document

APUNTS BIOLOGIA Selectivitat (PAU Catalunya) AprenAI 2026-2027 Apunts complets de metabolisme per a la Selectivitat (PAU): glucòlisi, cicle de Krebs, beta-oxidació, cicle de Calvin i balanços energètics pas a pas. APREN.AI Índex 1 Introducció al catabolisme i degradació de glúcids: glucòlisi i fermentacions Catabolisme de glúcids: la glucòlisi Destí del piruvat: les fermentacions anaeròbiques 2 Respiració cel·lular: cicle de Krebs, cadena respiratòria i rendiment energètic Transició al mitocondri i Cicle de Krebs Cadena respiratòria i fosforilació oxidativa Rendiment energètic global de l'oxidació de la glucosa 3 Catabolisme de lípids i de proteïnes.

Respiració anaeròbica Catabolisme de lípids: la β-oxidació dels àcids grassos Catabolisme de proteïnes i degradació d'aminoàcids Respiració anaeròbica en bacteris 4 Anabolisme autòtrof: fotosíntesi oxigènica, cicle de Calvin, factors reguladors i quimiosíntesi Fotosíntesi oxigènica i les seves fases El Cicle de Calvin Factors ambientals que regulen la fotosíntesi Importància biològica de la fotosíntesi i concepte de quimiosíntesi 5 Resum per repassar Catabolisme de glúcids i fermentacions Respiració cel·lular i fosforilació oxidativa Catabolisme de lípids, proteïnes i respiració anaeròbica Anabolisme autòtrof: fotosíntesi i quimiosíntesi Solucions de les preguntes de repàs Aquests apunts poden contenir errors o omissions.

Són un material de suport i no substitueixen el temari oficial ni el professorat: contrasta la informació important. Metabolisme Cel·lular: Catabolisme i Anabolisme " PAU 1 1 Introducció al catabolisme i degradació de glúcids: glucòlisi i fermentacions EN ACABAR SABRÀS Comparar el valor energètic i la funció del glucogen i dels triacilglicèrids. Descriure les etapes i el balanç de la glucòlisi al citosol. Distingir les reaccions i microorganismes de la fermentació làctica i alcohòlica. PENSA-HI ABANS DE LLEGIR 1 Per què els músculs continuen generant energia durant un esprint breu tot i quedar-se sense oxigen suficient?

El catabolisme és el conjunt de reaccions metabòliques destinades a obtenir energia mitjançant la degradació de grans molècules en monòmers senzills. Les cèl·lules empren principalment dues reserves energètiques: Glúcids: Representen la primera font d'energia utilitzada. En els animals, el glucogen és el polisacàrid de reserva energètica exclusiu. S'emmagatzema lliure al citoplasma, sobretot al fetge i al teixit muscular. El trencament dels enllaços O-glucosídics allibera energia, aportant exactament 4,2 kcal per cada gram consumit. Lípids: Quan s'exhaureixen les reserves glucídiques, s'inicia el consum de greixos per cobrir les necessitats biològiques.

Els triacilglicèrids (composts per tres àcids grassos units a una glicerina mitjançant enllaços èster) s'acumulen als adipòcits, situats a la dermis de la pell. Proporcionen 9,5 kcal per cada gram de lípid. Esquema de l'estructura ramificada del glucogen i els seus enllaços glucosídics. Metabolisme Cel·lular: Catabolisme i Anabolisme " PAU 2 Dibuix d'adipòcits amb les seves grans gotes de greix de reserva. Catabolisme de glúcids: la glucòlisi La glucosa actua com a molècula donadora d'electrons en el catabolisme glucídic. L'equació global d'oxidació és: Aquest procés comença amb la glucòlisi, una ruta cel·lular que té lloc exclusivament al citosol i que no requereix oxigen.

Consisteix en la transformació d'una molècula de glucosa (de sis carbonis) en dues molècules d'àcid pirúvic o piruvat (de tres carbonis cadascuna). La glucòlisi es desenvolupa en dues etapes: DEFINICIÓ L'equació general de la glucòlisi és: on correspon al fosfat inorgànic ( ). COMPROVA-HO 2 Quina és la funció de la glucòlisi al citosol i quin és el seu guany net d'ATP per molècula de glucosa? C H O + 6 12 6 6O 2 6H O + 2 6CO + 2 ATP Fase preparatòria o d'activació: La glucosa es fosforila prenent un grup fosfat de l'àcid fosfòric ( ) i posteriorment es trenca en compostos de tres carbonis, produint gliceraldehid-3- fosfat (i la seva forma isomèrica, la dihidroxiacetona fosfat).

1 H PO 3 4 Fase de rendiment energètic: Cadascun dels sucres de tres carbonis es transforma progressivament en piruvat, generant energia en forma d'ATP i coenzims reduïts. 2 Glucosa + 2ADP + 2P + i 2NAD + 2 piruvat + 2ATP + 2H O + 2 2NADH + 2H+ P i H PO 3 4 Metabolisme Cel·lular: Catabolisme i Anabolisme " PAU 3 Destí del piruvat: les fermentacions anaeròbiques Segons la disponibilitat d'oxigen al medi cel·lular, el piruvat segueix camins metabòlics diferents: Medi aerobi: En presència d'oxigen, el piruvat s'introdueix al mitocondri per fer la respiració cel·lular.

Medi anaerobi: En absència d'oxigen, el piruvat segueix vies fermentatives al citosol per regenerar el coenzim oxidat i mantenir activa la glucòlisi. Esquema químic de la fermentació làctica catalitzada per la lactat deshidrogenasa. La fermentació làctica redueix el piruvat a àcid làctic mitjançant l'enzim lactat deshidrogenasa (làctic DH deshidrogenasa), consumint el obtingut a la glucòlisi. Es produeix a les cèl·lules musculars com a conseqüència d'un exercici intens i és característica de bacteris dels gèneres Lactobacillus i Streptococcus. Diagrama de les dues reaccions consecutives de la fermentació alcohòlica.

La fermentació alcohòlica degrada el piruvat en dues etapes: primer es descarboxila fins a acetaldehid alliberant gràcies a l'enzim piruvat descarboxilasa i el coenzim pirofosfat de tiamina (TPP); després, l'acetaldehid es redueix a etanol per l'acció de l'alcohol deshidrogenasa consumint . És un procés típic del llevat Saccharomyces. NAD+ NADH + H+ CO 2 NADH + H+ Metabolisme Cel·lular: Catabolisme i Anabolisme " PAU 4 ERROR FREQÜENT Confondre el balanç energètic de la fermentació amb el de la respiració cel·lular.

La fermentació no genera ATP addicional: només rendeix els 2 ATP nets obtinguts a nivell de substrat durant la glucòlisi, ja que el NADH format es gasta per reduir el piruvat i no pot entrar a la cadena respiratòria. Tipus de via Condicions Producte final Organismes o teixits típics Fermentació làctica Anaeròbia Àcid làctic Múscul en esforç intens, Lactobacillus, Streptococcus Fermentació alcohòlica Anaeròbia Etanol + Llevats del gènere Saccharomyces Respiració cel·lular Aeròbia + Cèl·lules eucariotes en presència d' COMPROVA-HO 3 Per què la fermentació és imprescindible per a la cèl·lula si no aporta cap molècula addicional d'ATP?

PROCÉS Fases de la glucòlisi i destí anaerobi 1 Glucosa Hexosa inicial al citosol 2 Gliceraldehid- 3-P Fosforilació i trencament en trioses 3 Piruvat Producció neta de 2 ATP i 2 NADH 4 Fermentació Regeneració citosòlica de NAD+ IDEES CLAU Els glúcids són el combustible cel·lular d'ús immediat (4,2 kcal/g) i els triacilglicèrids són la reserva energètica a llarg termini (9,5 kcal/g). La glucòlisi té lloc al citosol i trenca la glucosa en dos piruvats, obtenint 2 ATP i 2 NADH. En condicions anaeròbies, el piruvat fa fermentacions (làctica o alcohòlica) per regenerar el coenzim oxidat . El rendiment net final d'una fermentació és exclusivament de 2 ATP a nivell de substrat.

CO 2 CO 2 H O 2 O 2 NAD+ Metabolisme Cel·lular: Catabolisme i Anabolisme " PAU 5 COMPROVA EL QUE HAS APRÈS 4. Quins són els reactius i els productes finals de la fermentació làctica a partir del piruvat? 5. Quin enzim i quin intermediari participen en la fermentació alcohòlica abans d'arribar a l'etanol? Test Encercla la resposta correcta. Les solucions són al final. 6. On té lloc exactament la via metabòlica de la glucòlisi? 7. Quin compost és el polisacàrid de reserva energètica exclusiu dels animals? 8. Quina molècula s'obté per descarboxilació del piruvat en la fermentació alcohòlica? 9. Quin és el guany net d'ATP produït durant la fermentació d'una glucosa?

2 Respiració cel·lular: cicle de Krebs, cadena respiratòria i rendiment energètic EN ACABAR SABRÀS Detallar la conversió del piruvat en acetil-CoA a la matriu mitocondrial. Explicar les reaccions del cicle de Krebs i la seva funció com a cruïlla metabòlica. Calcular el rendiment energètic total teòric de la respiració aeròbia de la glucosa. PENSA-HI ABANS DE LLEGIR 10 Per què l'oxidació completa de la glucosa produeix dinou vegades més energia que la fermentació?

A l'espai intermembrana a) A les crestes mitocondrials b) A la matriu mitocondrial c) Al citosol cel·lular d) Glucogen a) Amilosa b) Cel·lulosa c) Triacilglicèrid d) Acil-CoA a) Oxalacetat b) Acetaldehid c) Àcid làctic d) 38 ATP a) 2 ATP b) 0 ATP c) 36 ATP d) Metabolisme Cel·lular: Catabolisme i Anabolisme " PAU 6 En presència d'oxigen, les cèl·lules continuen la degradació del piruvat mitjançant la respiració cel·lular. Aquest procés aerobi permet l'oxidació total del substrat fins a obtenir i a través de dues vies metabòliques consecutives: el cicle de Krebs i la cadena respiratòria associada a la fosforilació oxidativa.

Transició al mitocondri i Cicle de Krebs Per iniciar el cicle de Krebs, l'àcid pirúvic format al citoplasma ha de travessar la membrana mitocondrial i penetrar a la matriu mitocondrial. Allà, el complex multienzimàtic del sistema piruvat deshidrogenasa catalitza una descarboxilació oxidativa: Esquema de la descarboxilació oxidativa del piruvat a acetil-CoA a la matriu mitocondrial. El cicle de Krebs (conegut també com a cicle de l'àcid cítric o dels àcids tricarboxílics) consta de 8 reaccions agrupades en dues fases: 1a Fase (Descarboxilació i oxidació, reaccions 1-4): L'acetil-CoA s'uneix a l'oxalacetat (OAA).

Al llarg d'aquesta fase es desprèn i es redueixen dues molècules de , formant un intermediari activat de quatre carbonis unit al coenzim A (succinil-CoA). 2a Fase (Regeneració de l'oxalacetat): Es produeix una fosforilació a nivell de substrat que genera 1 GTP (equivalent energèticament a 1 ATP) i successives oxidacions per deshidrogenació que sintetitzen i , restaurant l'oxalacetat. L'acetil-CoA actua com un metabòlit cruïlla fonamental, ja que en ell conflueixen tant les rutes de degradació de glúcids com les de lípids i determinats aminoàcids.

CO 2 H O 2 Piruvat + NAD + + CoA-SH Acetil-CoA + CO + 2 NADH + H+ CO 2 NAD+ 1 FADH 2 1 NADH + H+ Metabolisme Cel·lular: Catabolisme i Anabolisme " PAU 7 Reacció global dels substrats i productes del cicle de Krebs. DEFINICIÓ Equació general del cicle de Krebs a la matriu mitocondrial: Com que cada molècula de glucosa produeix dos piruvats, el balanç del cicle de Krebs s'ha de multiplicar per dos: s'obtenen 2 GTP, 2 FADH i 6 NADH + 6H . COMPROVA-HO 11 Quins són els productes energètics directes produïts per dues voltes completes del cicle de Krebs?

Cadena respiratòria i fosforilació oxidativa La cadena de transport d'electrons se situa a les crestes mitocondrials (membrana interna mitocondrial). És el mecanisme pel qual els electrons d'alta energia procedents dels coenzims reduïts ( i ) es transfereixen al llarg d'una sèrie de complexos fins a arribar a l'oxigen molecular ( ), que actua com a acceptor final d'electrons i es redueix formant aigua. Acetil-CoA + OAA + H O + 2 3NAD + + FAD + GDP+ P i OAA + CO + 2 3(NADH + H ) + + FADH + 2 1GTP NADH + H+ FADH 2 O 2 Metabolisme Cel·lular: Catabolisme i Anabolisme " PAU 8 Esquema dels complexos de la cadena respiratòria i de l'ATP sintasa.

Aquest transport d'electrons allibera energia que el complex ATP sintasa aprofita per sintetitzar ATP, procés anomenat fosforilació oxidativa. Entre els coenzims i grups transportadors hi trobem el FMN (flavina mononucleòtid), proteïnes ferrosulfurades (Fe-S) i ferroporfirines que constitueixen els citocroms a, b i c. Per cada oxidat a la cadena respiratòria es formen 3 ATP. Per cada reduït es formen 2 ATP (ja que entra a la cadena en un nivell energètic posterior, al complex II). ERROR FREQÜENT Oblidar comptar els 2 NADH generats durant la conversió intermèdia de piruvat a acetil-CoA en fer el còmput global de la glucosa.

Aquesta etapa aporta 6 ATP a la cadena respiratòria ( ) que cal sumar als provinents de la glucòlisi i del cicle de Krebs.

Rendiment energètic global de l'oxidació de la glucosa Etapa metabòlica Producte directe obtingut ATP equivalents a la cadena Total ATP Glucòlisi (citosol) 2 ATP + 2 NADH 8 ATP Descarboxilació del piruvat (matriu) 2 NADH 6 ATP NADH + H+ FADH 2 2 × 3 = 6 2 × 3 = 6 ATP 2 × 3 = 6 ATP Metabolisme Cel·lular: Catabolisme i Anabolisme " PAU 9 Etapa metabòlica Producte directe obtingut ATP equivalents a la cadena Total ATP Cicle de Krebs (matriu) 2 GTP + 6 NADH + 2 FADH 24 ATP Total oxidació completa Rendiment aerobi total — 38 ATP COMPROVA-HO 12 Quin és el rendiment teòric total d'ATP obtingut per l'oxidació respiratòria completa d'una molècula de glucosa? CICLE Cicle de Krebs 1.

Condensació inicial: Unió d'acetil-CoA amb oxalacetat 2. Primera descarboxilació: Alliberament de CO2 i síntesi de NADH 3. Segona descarboxilació: Formació de succinil-CoA i NADH 4. Fosforilació de substrat: Síntesi directa d'1 GTP 5. Oxidacions finals: Producció de FADH2 i NADH 6. Regeneració d'OAA: Restaura l'acceptor per al cicle següent 6 × 3 = 18 ATP 2 × 2 = 4 ATP 1 Condensació inicial 2 Primera descarboxilació 3 Segona descarboxilació 4 Fosforilació de substrat 5 Oxidacions finals 6 Regeneració d'OAA Metabolisme Cel·lular: Catabolisme i Anabolisme " PAU 10 IDEES CLAU El piruvat entra a la matriu mitocondrial per convertir-se en acetil-CoA mitjançant la piruvat deshidrogenasa.

L'acetil-CoA és el metabòlit cruïlla central on conflueixen glúcids, lípids i proteïnes. La cadena respiratòria es troba a les crestes mitocondrials i l'oxigen actua com a acceptor final d'electrons. L'oxidació completa d'una molècula de glucosa en condicions aeròbies produeix un rendiment màxim de 38 ATP. COMPROVA EL QUE HAS APRÈS 13. A quins compartiments mitocondrials tenen lloc el cicle de Krebs i la cadena respiratòria? 14. Quantes molècules d'ATP es generen a la cadena respiratòria a partir d'un NADH i d'un FADH ? Test Encercla la resposta correcta. Les solucions són al final. 15. Quin compost és l'acceptor final d'electrons a la respiració cel·lular aeròbia? 16.

On es produeix la transformació de piruvat a acetil-CoA? 17. Quants ATP s'obtenen a la fosforilació oxidativa per cada FADH oxidat? 18. Quin és el balanç total d'ATP de l'oxidació aeròbia completa d'una glucosa? Oxalacetat a) Coenzim A b) Àcid pirúvic c) Oxigen molecular d) Al citosol a) A les crestes mitocondrials b) A l'espai intermembrana c) A la matriu mitocondrial d) 2 ATP a) 3 ATP b) 1 ATP c) 4 ATP d) 2 ATP a) 36 ATP b) 32 ATP c) 38 ATP d) Metabolisme Cel·lular: Catabolisme i Anabolisme " PAU 11 3 Catabolisme de lípids i de proteïnes. Respiració anaeròbica EN ACABAR SABRÀS Calcular el balanç energètic de la β-oxidació dels àcids grassos.

Descriure les etapes de transaminació i desaminació oxidativa en el catabolisme d'aminoàcids. Distingir els acceptors finals de la respiració cel·lular aeròbica i anaeròbica. PENSA-HI ABANS DE LLEGIR 19 Com aconsegueix el nostre organisme desfer-se del nitrogen tòxic quan crema aminoàcids per obtenir energia? A més dels glúcids, les cèl·lules degraden lípids i proteïnes per canalitzar-los cap a les vies centrals del metabolisme respiratori. Catabolisme de lípids: la β-oxidació dels àcids grassos La utilització dels triacilglicèrids (TAG) s'inicia amb la seva hidròlisi per mitjà dels enzims lipases (esterases), que trenquen l'enllaç èster alliberant glicerina i àcids grassos.

Els àcids grassos es degraden mitjançant la β-oxidació (hèlix de Lynen), procés localitzat a la matriu mitocondrial que consisteix en pèrdues successives de fragments de dos carbonis en forma d'acetil-CoA. EXEMPLE Per a un àcid gras saturat de nombre parell de carbonis ( carbonis, on és el nombre de parelles d'àtoms de carboni): Nombre de molècules d'acetil-CoA formades: Nombre de voltes de l'hèlix de Lynen: Nombre de coenzims formats per la β-oxidació: i Activació de l'àcid gras: Es duu a terme al citosol. L'àcid gras s'uneix al coenzim A per formar acil- CoA consumint l'equivalent a 2 enllaços rics d'ATP ( ).

1 ATP AMP + PP i Transport al mitocondri: L'acil-CoA entra a la matriu catalitzat per l'enzim carnitina transferasa, procés que requereix la presència de carnitina. 2 Espiral de β-oxidació: A la matriu mitocondrial, l'acil-CoA sofreix cicles d'oxidació successius. En cada volta es redueix un FAD a , un a , i s'allibera una molècula d'acetil-CoA. 3 FADH 2 NAD+ NADH + H+ 2n n n n 1 n 1 NADH + H+ n 1 FADH 2 Metabolisme Cel·lular: Catabolisme i Anabolisme " PAU 12 Càlcul pas a pas del rendiment d'ATP de l'àcid palmític. En el cas de l'àcid palmític (àcid gras saturat de 16 carbonis, parelles): S'obtenen .

Cadascun aporta al cicle de Krebs 3 NADH (9 ATP), 1 FADH (2 ATP) i 1 GTP (1 ATP), sumant 12 ATP per acetil-CoA: ( ). Es fan voltes de β-oxidació, rendint i . Subtotal: . Restant els 2 ATP invertits en l'activació citoplasmàtica, el balanç net final és de 129 ATP. COMPROVA-HO 20 Quantes voltes d'hèlix de Lynen i quants acetil-CoA produeix un àcid gras saturat de 14 carbonis? Catabolisme de proteïnes i degradació d'aminoàcids Les proteïnes no tenen una funció energètica primària. Tanmateix, s'oxiden en condicions excepcionals: dietes hipocalòriques, dejuni perllongat, carència d'altres combustibles o excés de consum de proteïnes.

La digestió comença a l'estómac (amb l'acció de la pepsina) i s'acaba al duodè (intestí prim), alliberant els aminoàcids que passen a la sang. Per degradar els aminoàcids cal separar el grup amino de l'esquelet carbonat: Reacció general de transaminació entre un aminoàcid i un cetoàcid. n = 8 8 acetil-CoA 8 × 12 = 96 ATP 72 + 16 + 8 n 1 = 7 7 NADH × 3 = 21 ATP 7 FADH × 2 2 = 14 ATP 96 + 21 + 14 = 131 ATP Metabolisme Cel·lular: Catabolisme i Anabolisme " PAU 13 Esquema combinat de transaminació al citoplasma i desaminació oxidativa al mitocondri. Transaminació: Té lloc al citoplasma gràcies a enzims anomenats transaminases o aminotransferases.

Transfereixen el grup amino d'un aminoàcid a un cetoàcid (generalment l'α- cetoglutarat). No és una eliminació neta, sinó una acumulació de grups amino cap a la formació de glutamat. Desaminació oxidativa: El glutamat entra al mitocondri, on s'allibera directament el grup amino en forma d'ió amoni ( ) o amoníac ( ) i es regenera l'α-cetoglutarat reduint un a NADH. L'ió amoni s'aprofita per sintetitzar bases nitrogenades o s'excreta ràpidament per la seva toxicitat: les cèl·lules hepàtiques el transformen en urea, que s'elimina per l'orina.

Degradació de l'esquelet carbonat: Els cetoàcids residuals es canalitzen cap a intermediaris respiratoris (piruvat, acetil-CoA, oxalacetat, succinil-CoA, fumarat o cossos cetònics) i s'oxiden completament al cicle de Krebs. Vies de degradació dels esquelets carbonats d'aminoàcids cap a intermediaris del cicle de Krebs. NH 4 + NH 3 NAD+ Metabolisme Cel·lular: Catabolisme i Anabolisme " PAU 14 Respiració anaeròbica en bacteris La respiració anaeròbica és un procés exclusiu d'alguns bacteris.

Es diferencia de les fermentacions perquè utilitza una cadena transportadora d'electrons, però el seu acceptor final d'electrons no és l'oxigen, sinó una substància inorgànica que en rebre'ls es redueix: Diòxid de carboni ( ), que es redueix a metà ( ). Sulfat ( ), que es redueix a sulfur d'hidrogen ( ). Nitrat ( ), que es redueix a nitrit ( ). ERROR FREQÜENT Confondre la respiració anaeròbica amb la fermentació. Totes dues tenen lloc sense oxigen, però la respiració anaeròbica té cadena de transport d'electrons lligada a acceptors inorgànics com sulfat o nitrat, mentre que la fermentació no té cadena respiratòria i el seu acceptor final és un compost orgànic intern (piruvat o acetaldehid).

COMPROVA-HO 21 Quins són els compostos inorgànics que actuen com a acceptors finals en la respiració anaeròbica i a què es redueixen? PROCÉS Degradació del grup amino dels aminoàcids 1 Transaminaci ó Transferència citoplasmàtica del grup amino a l'alfa- cetoglutarat 2 Glutamat Acumulació dels grups amino i transport al mitocondri 3 Desaminació oxidativa Alliberament mitocondrial d'ió amoni i formació de NADH 4 Síntesi d'urea Eliminació hepàtica del residu nitrogenat per l'orina IDEES CLAU La β-oxidació dels àcids grassos es desenvolupa a la matriu mitocondrial després d'una activació al citosol que costa 2 ATP. L'àcid palmític (16 C) produeix un rendiment energètic net de 129 ATP.

El catabolisme dels aminoàcids requereix transaminació al citoplasma i desaminació oxidativa al mitocondri per alliberar ió amoni, convertit en urea. A la respiració anaeròbica dels bacteris, l'acceptor d'electrons és una molècula inorgànica com , o . CO 2 CH 4 SO 4 2 H S 2 NO 3 NO 2 NO 3 SO 4 2 CO 2 Metabolisme Cel·lular: Catabolisme i Anabolisme " PAU 15 COMPROVA EL QUE HAS APRÈS 22. Quin paper té la carnitina en el metabolisme dels lípids? 23. Com elimina l'organisme humà l'ió amoni tòxic alliberat en la degradació d'aminoàcids? Test Encercla la resposta correcta. Les solucions són al final. 24. On té lloc l'activació prèvia dels àcids grassos abans de la seva oxidació? 25.

Quin és el balanç net d'ATP obtingut a partir de l'àcid palmític (16 C)? 26. Quin és el paper del glutamat en el catabolisme dels aminoàcids? 27. Quina molècula inorgànica es redueix a nitrit (NO ) en la respiració anaeròbica? 4 Anabolisme autòtrof: fotosíntesi oxigènica, cicle de Calvin, factors reguladors i quimiosíntesi EN ACABAR SABRÀS Identificar els reactius, productes i requeriments energètics del cicle de Calvin. Analitzar els factors externs que modulen la taxa fotosintètica. Explicar la importància geològica i biològica de la fotosíntesi i la definició de quimiosíntesi.

PENSA-HI ABANS DE LLEGIR 28 D'on prové l'oxigen que respirem: de l'aigua o del diòxid de carboni absorbit per les fulles? A les crestes mitocondrials a) A la matriu mitocondrial b) Al citoplasma c) Al duodè d) 96 ATP a) 38 ATP b) 131 ATP c) 129 ATP d) Fosforila la glucosa directament a) Inicia la fermentació làctica b) Activa la lipasa al citosol c) Acumula els grups amino per transaminació d) Oxigen (O ) a) Sulfat (SO ² ) b) Metà (CH ) c) Nitrat (NO ) d) Metabolisme Cel·lular: Catabolisme i Anabolisme " PAU 16 L'anabolisme autòtrof sintetitza matèria orgànica pròpia a partir de substàncies inorgàniques senzilles mitjançant dues vies: la fotosíntesi i la quimiosíntesi.

Fotosíntesi oxigènica i les seves fases La fotosíntesi permet a determinats organismes (cianobacteris, algues, plantes i certs bacteris) captar radiació solar i transformar-la en energia química (ATP i NADPH) per fabricar glúcids i altres components estructurals. En la fotosíntesi oxigènica (plantes i cianobacteris), l'aigua actua com a donadora d'electrons i s'allibera oxigen gasós. Els bacteris fotosintetitzadors anoxigènics utilitzen altres compostos com el sulfur d'hidrogen ( ) i alliberen sofre elemental (S). Esquema comparatiu entre la fase lluminosa i la fase fosca de la fotosíntesi.

La fotosíntesi es divideix en dues etapes complementàries: El Cicle de Calvin La fase fosca s'organitza en el cicle de Calvin a través de tres fases successives: H S 2 6CO + 2 6H O 2 llum C H O + 6 12 6 6O 2 Fase lluminosa: Els pigments fotosintètics absorbeixen radiació solar per sintetitzar ATP i NADPH. L'oxigen alliberat prové de la fotòlisi de l'aigua, la qual es trenca per reposar el buit electrònic creat al fotosistema 2 en saltar els electrons estimulats per la llum. 1 Fase fosca (independent de la llum directa): Utilitza l'energia (ATP) i el poder reductor (NADPH) generats a la fase lluminosa per fixar i reduir el i sintetitzar glucosa o altres molècules orgàniques a l'estroma.

2 CO 2 Metabolisme Cel·lular: Catabolisme i Anabolisme " PAU 17 Diagrama de les reaccions i estequiometria del cicle de Calvin. Fase de carboxilació: Una molècula de ribulosa-1,5-difosfat (RuBP) fixa una molècula de per produir dues molècules d'àcid 3-fosfoglicèric. Fase de reducció: L'àcid 3-fosfoglicèric es redueix a gliceraldehid-3-fosfat consumint ATP i NADPH procedents de la fase lumínica. Aquesta triosa serveix de base per fabricar monosacàrids, àcids grassos, glicerina i aminoàcids. Fase de recuperació o regeneració: A partir de molècules de ribulosa-5-fosfat es regenera la ribulosa-1,5-difosfat gastant ATP.

Per cada molècula de incorporada es consumeixen exactament 3 ATP (2 en la reducció + 1 en la regeneració) i 2 NADPH + 2H . Per sintetitzar una glucosa sencera ( ) calen 18 ATP i 12 NADPH. COMPROVA-HO 29 Quina quantitat d'ATP i NADPH es consumeix al cicle de Calvin per fixar una sola molècula de CO ? Factors ambientals que regulen la fotosíntesi L'activitat fotosintètica depèn de diversos factors de l'entorn: Disponibilitat d'aigua: Si l'aigua al sòl i l'atmosfera és escassa, la planta tanca els estomes per impedir la deshidratació, cosa que dificulta l'entrada de i fa caure el rendiment fotosintètic.

Concentració de : El rendiment augmenta directament en incrementar-se el diòxid de carboni fins a assolir un límit de saturació de l'enzim pel substrat. Temperatura: L'interval òptim se situa comunament entre 25 i 35 °C segons l'espècie. Si se superen els límits tèrmics es produeixen alteracions i desnaturalitzacions enzimàtiques. CO 2 CO 2 6 CO 2 CO 2 CO 2 Metabolisme Cel·lular: Catabolisme i Anabolisme " PAU 18 Concentració d' : Com més alta és la concentració d'oxigen, menor és el rendiment fotosintètic a causa dels fenòmens de fotorespiració (on la matèria orgànica s'oxida). Intensitat de la llum: Dins de l'interval propi de cada espècie, més intensitat lumínica implica més rendiment.

A la tardor es produeix la fotooxidació irreversible dels pigments fotosintètics, amb pèrdua de clorofil·la i canvi de color a les fulles. Disponibilitat de nutrients minerals: La planta requereix matèria inorgànica dissolta al sòl per absorbir-la mitjançant els seus pèls absorbents. PER RECORDAR-HO L'oxigen alliberat a la fotosíntesi prové sempre de la fotòlisi de l'aigua ( ) a la fase lluminosa, mai del fixat a la fase fosca.

Importància biològica de la fotosíntesi i concepte de quimiosíntesi La fotosíntesi és transcendental per a la biosfera per quatre raons clau: Origina el flux d'energia als ecosistemes, convertint l'energia lumínica del Sol en energia química disponible per a la resta d'éssers vius. Manté el cicle de la matèria, ja que la matèria orgànica sintetitzada forma la base de totes les cadenes tròfiques. Regula l'efecte hivernacle retirant el gasós de l'atmosfera i fixant-lo en molècules orgàniques.

Genera l' indispensable per a la respiració dels organismes aerobis i va permetre la formació de la capa d'ozó ( ), que filtra les radiacions ultraviolades mortals i va fer possible que la vida sortís de l'aigua cap al medi terrestre. Per la seva banda, la quimiosíntesi consisteix en la síntesi de matèria orgànica aprofitant exclusivament l'energia química alliberada en les reaccions d'oxidació d'inorgànics específics, sense cap intervenció de la llum. COMPROVA-HO 30 Com va canviar la biosfera l'acumulació de l'oxigen alliberat per la fotosíntesi oxigènica? O 2 H O 2 CO 2 CO 2 O 2 O 3 Metabolisme Cel·lular: Catabolisme i Anabolisme " PAU 19 CICLE Cicle de Calvin 1.

Ribulosa-1,5-difosfat: Acceptor inicial de 5 carbonis 2. Fase de carboxilació: Fixació de CO2 per formar àcid 3-fosfoglicèric 3. Fase de reducció: Consum de 2 ATP i 2 NADPH 4. Gliceraldehid-3-P: Triosa precursora de glúcids i altres compostos 5. Fase de regeneració: Despesa d'1 ATP per refer la RuBP IDEES CLAU A la fase lluminosa, la fotòlisi de l'aigua allibera oxigen i proveeix electrons, sintetitzant ATP i NADPH. El cicle de Calvin fixa el mitjançant la ribulosa-1,5-difosfat, gastant 3 ATP i 2 NADPH per cada . Una concentració elevada d' redueix l'eficiència fotosintètica a causa de la fotorespiració.

La quimiosíntesi produeix matèria orgànica aprofitant l'energia obtinguda per oxidació de compostos inorgànics, sense utilitzar llum. COMPROVA EL QUE HAS APRÈS 31. D'on prové exactament l'oxigen que les plantes verdes desprenen a l'atmosfera durant la fotosíntesi? 32. En què es diferencia fonamentalment la quimiosíntesi de la fotosíntesi? 1 Ribulosa-1,5- difosfat 2 Fase de carboxilació 3 Fase de reducció 4 Gliceraldehid-3-P 5 Fase de regeneració CO 2 CO 2 O 2 Metabolisme Cel·lular: Catabolisme i Anabolisme " PAU 20 Test Encercla la resposta correcta. Les solucions són al final. 33. Quin compost actua com a donador d'electrons a la fotosíntesi oxigènica de plantes? 34.

Quina molècula s'encarrega de fixar el diòxid de carboni al cicle de Calvin? 35. Per què un augment excessiu de la concentració d'O redueix el rendiment fotosintètic? 36. Com obtenen l'energia els organismes quimiosintètics per sintetitzar matèria orgànica? 5 Resum per repassar Catabolisme de glúcids i fermentacions Concepte Definició essencial Glucogen Polisacàrid de reserva animal emmagatzemat a fetge i múscul que aporta 4,2 kcal/g. Glucòlisi Via citosòlica que oxida una glucosa a dos piruvats generant 2 ATP nets i 2 sense . Fermentació làctica Reducció citoplasmàtica del piruvat a àcid làctic per oxidar NADH a en músculs o bacteris lactis.

Fermentació alcohòlica Descarboxilació del piruvat a acetaldehid i posterior reducció a etanol i típica de Saccharomyces.

Diòxid de carboni (CO ) a) Sulfur d'hidrogen (H S) b) Metà (CH ) c) Aigua (H O) d) Gliceraldehid-3-fosfat a) Oxalacetat b) Àcid 3-fosfoglicèric c) Ribulosa-1,5-difosfat d) Desnaturalitza la clorofil·la de cop a) Indueix el tancament mecànic d'estomes b) Bloqueja la fotòlisi de l'aigua c) Estimula el procés de fotorespiració d) D'oxidacions de compostos inorgànics a) De la fermentació de sucres b) De la llum ultraviolada c) De la capa d'ozó estratosfèrica d) NADH + H+ O 2 NAD+ CO 2 Metabolisme Cel·lular: Catabolisme i Anabolisme " PAU 21 Respiració cel·lular i fosforilació oxidativa Concepte Definició essencial Piruvat deshidrogenasa Complex de la matriu mitocondrial que descarboxila el piruvat a acetil-CoA generant NADH i .

Cicle de Krebs Ruta cíclica a la matriu mitocondrial que oxida l'acetil-CoA restaurant oxalacetat i rendint 1 GTP, 3 NADH i 1 per volta. Cadena respiratòria Transport d'electrons a les crestes mitocondrials fins a l'acceptor final ( ) que es redueix a . Fosforilació oxidativa Síntesi d'ATP associada al flux electrònic: aporta 3 ATP per cada NADH i 2 ATP per cada (38 ATP totals per glucosa). Catabolisme de lípids, proteïnes i respiració anaeròbica Concepte Definició essencial Triacilglicèrids Lípids de reserva energètica als adipòcits hidrolitzats per lipases que rendeixen 9,5 kcal/g.

β-oxidació (hèlix de Lynen) Degradació dels àcids grassos a la matriu mitocondrial en acetil-CoA, NADH i (rendiment net de 129 ATP per al palmitat). Transaminació Transferència citosòlica del grup amino d'aminoàcids a l'α-cetoglutarat per formar glutamat catalitzada per transaminases. Desaminació oxidativa Alliberament mitocondrial d'ió amoni a partir del glutamat, transformat posteriorment en urea pel fetge. Respiració anaeròbica Via bacteriana amb cadena de transport que utilitza acceptors inorgànics diferents de l'oxigen com , o .

Anabolisme autòtrof: fotosíntesi i quimiosíntesi Concepte Definició essencial Fase lluminosa Captació de radiació solar que trenca l'aigua per fotòlisi al fotosistema II, allibera i produeix ATP i NADPH. Cicle de Calvin Fixació i reducció de sobre ribulosa-1,5-difosfat a l'estroma, consumint 3 ATP i 2 NADPH per cada . Gliceraldehid-3- fosfat Triosa sintetitzada al cicle de Calvin a partir de la qual la cèl·lula sintetitza glucosa, àcids grassos i aminoàcids.

CO 2 FADH 2 O 2 H O 2 FADH 2 FADH 2 NO 3 SO 4 2 CO 2 O 2 CO 2 CO 2 Metabolisme Cel·lular: Catabolisme i Anabolisme " PAU 22 Concepte Definició essencial Fotorespiració Procés competitiu que oxida matèria orgànica en presència d'alta concentració d' , minvant el rendiment fotosintètic. Quimiosíntesi Síntesi de matèria orgànica autòtrofa amb l'energia química procedent de l'oxidació de substàncies inorgàniques. O 2 Metabolisme Cel·lular: Catabolisme i Anabolisme " PAU 23 Solucions de les preguntes de repàs 1. Perquè recorren a la fermentació làctica al citosol, que regenera el NAD necessari per mantenir activa la síntesi d'ATP mitjançant la glucòlisi. 2.

Oxida una molècula de glucosa fins a dues de piruvat, obtenint un rendiment net de 2 ATP i 2 NADH+H sense consum directe d'oxigen. 3. Perquè oxida el NADH generat a la glucòlisi de tornada a NAD , permetent que la glucòlisi continuï funcionant i produint els 2 ATP de supervivència. 4. El reactiu és l'àcid pirúvic juntament amb el coenzim , i els productes finals són l'àcid làctic i el coenzim oxidat . 5. Intervé l'enzim piruvat descarboxilasa (amb el coenzim pirofosfat de tiamina), que transforma el piruvat en acetaldehid alliberant . 6. d) Al citosol cel·lular. La glucòlisi és una via anaeròbia que es produeix exclusivament al citosol o citoplasma. 7. a) Glucogen.

El glucogen s'emmagatzema lliure al citoplasma del fetge i músculs animals. 8. c) Acetaldehid. La piruvat descarboxilasa allibera CO del piruvat i genera acetaldehid. 9. b) 2 ATP. La fermentació només conserva els 2 ATP sintetitzats prèviament durant la glucòlisi. 10. Perquè la presència d'oxigen permet canalitzar el piruvat al cicle de Krebs i a la fosforilació oxidativa a les crestes mitocondrials, generant fins a 38 ATP. 11. Es produeixen exactament 2 GTP (equivalents a 2 ATP), 6 NADH + 6H i 2 FADH a la matriu mitocondrial. 12. És de 38 molècules d'ATP: 8 provinents de la glucòlisi, 6 de la transformació del piruvat en acetil-CoA i 24 del cicle de Krebs i la cadena respiratòria. 13.

El cicle de Krebs té lloc a la matriu mitocondrial, mentre que la cadena respiratòria i l'ATP sintasa se situen a les crestes mitocondrials (membrana interna). 14. Cada NADH genera 3 molècules d'ATP, mentre que cada FADH genera 2 molècules d'ATP. 15. d) Oxigen molecular. L'oxigen rep els electrons finals al complex IV per transformar-se en aigua. 16. d) A la matriu mitocondrial. Té lloc a la matriu mitocondrial gràcies al sistema piruvat deshidrogenasa. 17. a) 2 ATP. El FADH cedeix els seus electrons més tard a la cadena i genera fins a 2 ATP. 18. d) 38 ATP. La suma de glucòlisi, pas a acetil-CoA, cicle de Krebs i cadena respiratòria assoleix 38 ATP. 19.

Canalitza els grups amino cap al glutamat mitjançant transaminacions i allibera amoni al mitocondri, que el fetge converteix en urea per excretar-lo per l'orina. 20. Té n = 7 parelles de carbonis; per tant, fa n - 1 = 6 voltes de β-oxidació i allibera 7 molècules d'acetil- CoA. 21. El CO (es redueix a metà), el sulfat (es redueix a sulfur d'hidrogen) i el nitrat (es redueix a nitrit). 22. Permet el transport dels àcids grassos activats (acil-CoA) a través de la membrana mitocondrial cap a la matriu mitocondrial. 23. Les cèl·lules hepàtiques el transformen en urea, la qual és filtrada i excretada posteriorment a través de l'orina. 24. c) Al citoplasma.

L'àcid gras s'activa unint-se al CoA al citoplasma consumint l'equivalent a 2 ATP. NADH + H+ NAD+ CO 2 Metabolisme Cel·lular: Catabolisme i Anabolisme " PAU 24 25. d) 129 ATP. Es generen 131 ATP totals menys els 2 ATP invertits inicialment en l'activació: 129 ATP nets. 26. d) Acumula els grups amino per transaminació. Les transaminases recullen els grups amino transferint-los sobre l'α-cetoglutarat per formar glutamat. 27. d) Nitrat (NO ). En bacteris amb respiració anaeròbica, el nitrat rep electrons i es redueix a nitrit. 28. Prové directament del trencament de les molècules d'aigua per fotòlisi a la fase lluminosa, i no del diòxid de carboni. 29.

Es gasten exactament 3 ATP (dos en la fase de reducció i un en la de regeneració) i 2 molècules de NADPH+H . 30. Va permetre la respiració cel·lular dels éssers aerobis i la formació de la capa d'ozó (O ), que en frenar la radiació UV mortal va permetre la vida fora de l'aigua. 31. Prové del trencament per fotòlisi de la molècula d'aigua ( ) al fotosistema 2 durant la fase lluminosa. 32. La quimiosíntesi obté l'energia química a partir de l'oxidació de substàncies inorgàniques, sense necessitar l'energia de la radiació solar. 33. d) Aigua (H O). Les plantes utilitzen l'aigua com a donadora d'electrons, alliberant oxigen com a subproducte. 34. d) Ribulosa-1,5-difosfat.

La ribulosa-1,5-difosfat s'uneix al CO durant la fase de carboxilació. 35. d) Estimula el procés de fotorespiració. L'oxigen competeix amb el CO provocant fotorespiració i oxidant matèria orgànica. 36. a) D'oxidacions de compostos inorgànics. Obtenen energia oxidant substàncies inorgàniques de l'entorn sense necessitar radiació solar. H O 2 Metabolisme Cel·lular: Catabolisme i Anabolisme " PAU 25