Proteïnes, Enzims i Metabolisme

I 36 flashcards i 24 preguntes més al document.

Text del document

BIOLOGIA 2N DE BATXILLERAT Maica Sabaté Millan LES PROTEÏNES, ELS ENZIMS I METABOLISME: LES PROTEÏNES 1. Composició de les proteïnes Les proteïnes són biomolècules orgàniques formades per aminoàcids. Els aminoàcids són molècules simples, mentre que les proteïnes són molècules complexes. 1.1. Els aminoàcids Hi ha 20 aminoàcids que formen les proteïnes. No tots els éssers vius poden sintetitzar tots els aminoàcids. Els aminoàcids essencials són els queno podemsintetitzari que, per tant, hem d'obtenir a través de la dieta. 1.2. Estructura d'un aminoàcid Un aminoàcid està format per un carboni alfa (Cα), unit a quatre grups: Un grup amino (–NH ). Un grup carboxil (–COOH). Un àtom d'hidrogen (H).

Un radical (R), que és la part que canvia en cada aminoàcid. 2. Estructura de les proteïnes Els aminoàcids s'uneixen per formar cadenes. De 2 a 10 aminoàcids: pèptid. Més de 10 aminoàcids: polipèptid. Una proteïna té més de 10 aminoàcids. BIOLOGIA 2N DE BATXILLERAT Maica Sabaté Millan 3. Els diferents nivells d'estructura de les proteïnes Estructura primària És una cadena simple d'aminoàcids units per enllaços peptídics. L'enllaç peptídic consisteix en la unió del grup carboxil d'un aminoàcid amb el grup amino d'un altre. En aquesta unió es forma una molècula d'aigua. La cadena té una orientació determinada: Extrem N-terminal: presenta el grup amino lliure.

Extrem C-terminal: presenta el grup carboxil lliure. Estructura secundària És el plegament de l'estructura primària. Aquest plegament es produeix perquè alguns àtoms de la cadena poden establir enllaços (els àtoms del radical s'uneixen entre ells). Hi ha tres tipus de plegament: Hèlix alfa (α-hèlix): a cada volta hi ha 4 aminoàcids. Hèlix de col·lagen: és una hèlix més oberta. Conformació beta (β). BIOLOGIA 2N DE BATXILLERAT Maica Sabaté Millan Estructura terciària És una cadena llarga d'aminoàcids que es plega a partir de les estructures secundàries, adquirint una estructura encara més plegada.

Es diu que la proteïna es globular, es a dir reb una forma compacta, aproximadament esfèrica, perquè la seva cadena d'aminoàcids està plegada sobre si mateixa). Estructura quaternària És la unió de dues o més estructures terciàries. 4. Propietats de les proteïnes Solubilitat en aigua La solubilitat d'una proteïna en aigua depèn de la seva composició en aminoàcids. Una proteïna amb més aminoàcids polars serà més soluble en aigua. BIOLOGIA 2N DE BATXILLERAT Maica Sabaté Millan La solubilitat també depèn d'altres variables del medi, com el pH, la temperatura i la salinitat.

Desnaturalització Els valors extrems de pH, temperatura i salinitat poden provocar que les proteïnes perdin la seva estructura terciària. Com a conseqüència, les proteïnes perden la seva funció. Si les condicions del medi tornen a ser normals, les proteïnes poden recuperar la seva estructura terciària. Aquest procés s'anomena renaturalització. Especificitat Algunes proteïnes reconeixen i s'uneixen a altres molècules. Per tant, han de tenir uns aminoàcids específics que els permetin reconèixer-les. Exemples: Anticossos: reconeixen i s'uneixen a molècules específiques gràcies a la seva estructura i als aminoàcids que formen la zona d'unió.

Enzims: reconeixen i s'uneixen a molècules específiques perquè tenen una zona d'unió amb una estructura complementària a la molècula sobre la qual actuen. Capacitat amortidora Els aminoàcids poden actuar com a àcids i com a bases: Com a àcids, poden cedir protons (H ) a través del grup amino. Com a bases, poden captar protons (H ) a través del grup carboxil. Això significa que les proteïnes poden contribuir a regular el pH d'una dissolució. Aquesta capacitat s'anomena efecte tampó. ELS ENZIMS I L'ACTIVITAT ENZIMÀTICA 1. Introducció Els enzims són importants perquè tenen una gran importància en les reaccions químiques.

En una reacció química: BIOLOGIA 2N DE BATXILLERAT Maica Sabaté Millan Reactius Productes Durant la reacció, es trenquen alguns enllaços dels reactius i se'n formen de nous per obtenir els productes. Complex activat i energia d'activació El pas intermedi en què els enllaços dels reactius es debiliten per poder formar els enllaços dels productes s'anomena complex activat. Per arribar al complex activat es necessita una determinada quantitat d'energia, anomenada energia d'activació. Aquesta energia és necessària perquè es pugui produir la reacció. Totes les molècules que participen en la reacció tenen una energia anomenada energia lliure.

Reaccions espontànies i no espontànies La majoria de reaccions són espontànies, és a dir, que els reactius tenen més energia inicial que els productes resultants. Hi ha dos tipus de reaccions: Reacció exotèrmica Reacció endotèrmica Reactius (+ energia) productes (- energia) Reactius (- energia) productes (+ energia) Alliberació d'energia Absorció d'energia Reacció espontània No és una reacció espontània Menys energia d'activació Més energia d'activació Més ràpida Menys ràpida Per augmentar la velocitat d'una reacció, cal disminuir l'energia d'activació. Això ho fan els enzims.

BIOLOGIA 2N DE BATXILLERAT Maica Sabaté Millan Gràfics on es mostren les diferents nivells d'energia d'activació entre reaccions exotèrmiques i endotèrmiques. Gràfic on es mostra com cambia l'energia durant una reacció 2. Els enzims Els enzims són molècules que disminueixen l'energia d'activació i fan que la reacció es produeixi més ràpidament. També s'anomenen biocatalitzadors. Hi ha dos tipus: Enzims formats per proteïnes globulars. Ribozims, formats per ARN. 3. Propietats dels enzims Disminueixen l'energia d'activació Una de les propietats dels enzims és que disminueixen l'energia d'activació. Per tant, augmenta la velocitat de la reacció.

No modifiquen l'energia de la reacció Els enzims no canvien la quantitat d'energia absorbida o alliberada per la reacció. Actuen en petites quantitats Els enzims actuen en quantitats molt petites. BIOLOGIA 2N DE BATXILLERAT Maica Sabaté Millan No es consumeixen Els enzims no es consumeixen durant la reacció. Això vol dir que poden actuar en una reacció, separar-se'n i tornar a actuar en una altra. 4. Estructura dels enzims Hi ha dos tipus d'enzims: Apoenzim: part de l'enzim formada per proteïna. Holoenzim: enzim format per una part proteica, l'apoenzim, i una part no proteica, el cofactor. Els cofactors poden ser: Inorgànics: són ions metàl·lics. Orgànics: s'anomenen coenzims. 5.

Centre actiu Tots els enzims tenen un centre actiu. El centre actiu és el lloc de l'enzim on s'uneix la molècula sobre la qual actua, que s'anomena substrat. Cada enzim és específic del seu substrat. Per exemple, si un enzim s'uneix a una glucosa, només es pot unir a aquesta. El centre actiu està format per aminoàcids: Aminoàcids fixadors: són els que uneixen el substrat amb l'enzim. Aminoàcids catalitzadors: intervenen en la transformació del substrat en producte. Funcionament de l'enzim S + E SE PE P + E BIOLOGIA 2N DE BATXILLERAT Maica Sabaté Millan S: substrat E: enzim P: productes Durant la reacció: 1. El substrat s'uneix a l'enzim. 2. Es debiliten els enllaços del substrat. 3.

Disminueix l'energia d'activació. 4. Els enllaços s'organitzen d'una altra manera i s'obté el producte. 5. L'enzim queda lliure i pot participar en una altra reacció. 6. Nomenclatura La majoria dels enzims porten el nom relacionat amb el substrat sobre el qual actuen, seguit de -asa. Proteasa actua sobre proteïnes. Lipasa actua sobre lípids. 7. Factors que afecten l'activitat enzimàtica Hi ha quatre factors que afecten l'activitat enzimàtica: 7.1. Concentració de substrat Com més substrat hi ha, més augmenta la velocitat de reacció. Però arriba un moment en què la velocitat ja no augmenta perquè l'enzim està saturat i no pot unir més substrat.

A partir de la gràfica es pot deduir l'afinitat que té l'enzim pel substrat mitjançant la constant de Michaelis-Menten (Km). La Km és la concentració de substrat quan s'arriba a la meitat de la velocitat màxima. Com més baixa és la Km, més afinitat té l'enzim pel substrat. Com més alta és la Km, menys afinitat té l'enzim pel substrat. BIOLOGIA 2N DE BATXILLERAT Maica Sabaté Millan 7.2. Temperatura A mesura que augmenta la temperatura (fins uns 40ºC aprox.), l'activitat enzimàtica augmenta fins a arribar a una determinada temperatura. A partir d'aquesta temperatura, l'activitat disminueix perquè l'enzim es pot desnaturalitzar i, per tant, disminueix la velocitat de reacció. 7.3.

pH Cada enzim té un pH òptim. Fora d'aquest valor, l'enzim no funciona correctament i pot arribar a desnaturalitzar- se. 7.4. Inhibidors Els inhibidors són substàncies que s'uneixen a l'enzim i poden bloquejar-ne l'activitat. Hi ha dos tipus: BIOLOGIA 2N DE BATXILLERAT Maica Sabaté Millan Inhibició irreversible L'inhibidor s'uneix permanentment a l'enzim i aquest ja no pot dur a terme la seva activitat enzimàtica. Inhibició reversible L'inhibidor es pot unir i desunir de l'enzim. Hi ha tres tipus: Competitiva L'inhibidor i el substrat competeixen pel centre actiu. Substrat + enzim funciona. Inhibidor + enzim no funciona.

No competitiva L'inhibidor s'uneix en un lloc diferent del centre actiu, però provoca un canvi en el centre actiu i el substrat no s'hi pot unir. Acompetitiva El substrat es pot unir a l'enzim i, posteriorment, l'inhibidor s'uneix en un lloc diferent del centre actiu. Quan l'inhibidor està unit, el substrat no es pot transformar en producte i, per tant, no es produeix la reacció. BIOLOGIA 2N DE BATXILLERAT Maica Sabaté Millan 8. Regulació al·lostèrica Els enzims es poden regular. Hi ha molècules que s'uneixen a l'enzim i aturen la seva activitat. També hi ha activadors, que s'uneixen a l'enzim i activen la seva activitat. METABOLISME 1.

Concepte de metabolisme El metabolisme és el conjunt de reaccions que tenen lloc dins de les cèl·lules, en les quals es transforma matèria i energia. En el metabolisme es produeixen transformacions entre molècules complexes i molècules simples: Molècules complexes Molècules simples Lípids Àcids grassos Polisacàrids Monosacàrids Proteïnes Aminoàcids Hi ha dos tipus de processos: Degradació: es degraden molècules i s'obté energia en forma d'ATP. Síntesi: es formen molècules i es necessita energia, que es consumeix en forma d'ATP. En el metabolisme es necessiten enzims. Les reaccions metabòliques formen una seqüència de reaccions, que constitueixen rutes metabòliques.

El producte d'una reacció és el substrat de la següent. BIOLOGIA 2N DE BATXILLERAT Maica Sabaté Millan 2. ATP L'ATP (adenosina trifosfat) és una molècula formada per: Adenina Ribosa Tres grups fosfat Quan l'ATP es trenca en presència d'aigua, s'allibera energia. ATP + H O ADP + Pi + energia En aquesta reacció es trenca un grup fosfat. Si es torna a trencar un altre grup fosfat: ADP + H O AMP + Pi + energia Aquests processos s'anomenen desfosforilacions. 3. Reaccions redox Les reaccions del metabolisme són reaccions redox, és a dir, hi ha una transferència d'electrons. Oxidació: una molècula perd electrons. Reducció: una molècula guanya electrons.

Per tant: S P Oxidació pèrdua d'electrons La molècula que s'oxida perd electrons i actua com a agent reductor, perquè redueix una altra molècula. La molècula que es redueix guanya electrons i actua com a agent oxidant. BIOLOGIA 2N DE BATXILLERAT Maica Sabaté Millan 4. Poder reductor El poder reductor està relacionat amb les substàncies que poden guanyar o perdre electrons en les reaccions redox del metabolisme. Hi ha tres coenzims relacionats amb el poder reductor: Forma oxidada (F.O.) Forma reduïda (F.R.) NAD NADH NADP NADPH FAD FADH Les formes reduïdes (F.R.) són les que han guanyat electrons. 5. Fases del metabolisme 5.1. Catabolisme El catabolisme correspon a reaccions de degradació.

En el catabolisme: Les molècules s'oxiden. S'obté energia en forma d'ATP. Es genera poder reductor. Els productes del catabolisme serveixen de substrat per a l'anabolisme. Les molècules més importants en el catabolisme són: Lípids: proporcionen 9 kcal/g, per tant, aporten més energia que les proteïnes i els glúcids. Glúcids: es degraden ràpidament i proporcionen energia ràpida a l'organisme. L'energia obtinguda s'utilitza per: Sintetitzar molècules complexes. BIOLOGIA 2N DE BATXILLERAT Maica Sabaté Millan Permetre que la cèl·lula tingui energia per dur a terme les seves funcions, com la divisió i el moviment. Les reaccions catabòliques són reaccions d'oxidació.

Per tant, es perden electrons, que passen a una molècula acceptora d'electrons. Fermentació i respiració Segons el tipus d'acceptor d'electrons, podem distingir: Respiració Acceptors d'electrons inorgànics Fermentació Acceptors d'electrons orgànics Fermentació En la fermentació, l'acceptor final d'electrons és una molècula orgànica. Es pot trobar en: Cèl·lules musculars Alguns bacteris Fongs En la fermentació, els electrons no passen per una cadena de transport d'electrons. Respiració En la respiració, l'acceptor final d'electrons és una molècula inorgànica. Pot ser: Aeròbica: si l'acceptor és l'oxigen. Anaeròbica: si l'acceptor és una molècula com el CO , el sulfat o el nitrat.

La respiració anaeròbica es troba en alguns bacteris. La respiració aeròbica es troba en cèl·lules animals, vegetals, fongs i bacteris. En la respiració, els electrons passen per una cadena de transport d'electrons. RESPIRACIÓ FERMENTACIÓ Els electrons per arribar a la molecula hi van a traves d'una cadena No van per cadena. Hi han dues maneres d'obtinció d'ATP: S'obte ATP: BIOLOGIA 2N DE BATXILLERAT Maica Sabaté Millan - Fosforilació a nivell de substrat: la molecula perd un grup fosfat i aquest s'en va al ADP per formarse en ATP. - Fosforilació oxidativa: (?) esta al final de la cadena de transport d'electrons - Fosforilació a nivell de substrat: igual que a la respiració.

Catabolisme respiratori dels glúcids El catabolisme respiratori dels glúcids consta de: 1. Glucòlisi 2. Cicle de Krebs 3. Cadena de transport d'electrons i fosforilació oxidativa Localització Procés Cèl·lula eucariota Cèl·lula procariota Glucòlisi Citosol Citosol Cicle de Krebs Matriu mitocondrial Citosol Cadena de transport d'electrons Membrana interna del mitocondri Membrana plasmàtica Primera fase: glucòlisi La glucòlisi té lloc al citosol. La glucosa, que té 6 carbonis, es trenca en dues molècules de piruvat, de 3 carbonis cadascuna. La glucòlisi té dues fases: Primera fase: es consumeixen 2 ATP. Segona fase: es produeixen 4 ATP.

Per tant, el balanç net de la glucòlisi és: 2 ATP 2 NADH 2 H O Glucosa (6 C) 2 piruvats (3 C) BIOLOGIA 2N DE BATXILLERAT Maica Sabaté Millan El piruvat entra al mitocondri per continuar amb el procés respiratori. Segona fase: cicle de Krebs El cicle de Krebs, també anomenat cicle de l'àcid cítric, té lloc a la matriu mitocondrial en les cèl·lules eucariotes. Els dos piruvats han d'entrar al mitocondri. Per entrar-hi necessiten un complex o proteïna transportadora. Formació de l'acetil-CoA Perquè el piruvat (que és un ió) es transformi: 1. El piruvat es descarboxila i perd un carboni en forma de CO . 2. Es perd hidrogen, que passa al NAD i es forma NADH. 3. S'uneix un CoA.

La molècula resultant és una molècula de 2 carbonis unida al CoA, anomenada acetil-CoA. Cicle de Krebs L'acetil-CoA s'uneix a una molècula de 4 carbonis, l'oxalacetat, i es forma una molècula de 6 carbonis, l'àcid cítric o citrat. L'àcid cítric es descarboxila dues vegades i es completa el cicle. Per cada volta del cicle s'obté: 2 CO 3 NADH 1 FADH 1 GTP (ATP) Hi ha una volta per cada piruvat, és a dir, dues voltes del cicle per cada glucosa. Tercera fase: cadena de transport d'electrons És una cadena per on es transporten electrons. Aquests electrons provenen del poder reductor, principalment NADH i FADH , obtingut durant les etapes anteriors.

BIOLOGIA 2N DE BATXILLERAT Maica Sabaté Millan El NADH i el FADH perden els electrons, que passen per una sèrie de proteïnes situades a la membrana. Aquestes proteïnes són: Complex I Complex II Complex III Complex IV Proteïna Q Citocrom C Els electrons van passant per aquestes proteïnes, que es van oxidant i reduint. El pas dels electrons allibera energia, que s'utilitza per bombar H des de la matriu mitocondrial fins a l'espai intermembranós. NADH NADH Complex I Q Complex III Citocrom C Complex IV Els electrons procedents del NADH passen per tres complexos on es produeix bombeig de protons.

1e-N 3H+ nadh FADH FADH Complex II Q Complex III Citocrom C Complex IV Els electrons procedents del FADH passen per dos complexos on es produeix bombeig de protons. 1e-N 2H+ fadh2 Els electrons de la respiració aeròbica acaben arribant a l'oxigen al complex IV, on finalment es forma aigua. Fosforilació oxidativa Els H que es troben a l'espai intermembranós han de tornar a la matriu mitocondrial. Ho fan a través d'un enzim anomenat ATP-sintetasa. BIOLOGIA 2N DE BATXILLERAT Maica Sabaté Millan El pas dels protons permet fosforilar ADP + Pi i formar ATP. Aquest procés s'anomena fosforilació oxidativa.

Segons el criteri de càlcul utilitzat als teus apunts: 1 NADH 3 ATP 1 FADH 2 ATP Càlcul energètic del catabolisme dels glúcids Glucòlisi 2 ATP 2 NADH × 3 = 6 ATP Transformació del piruvat en acetil-CoA 2 NADH × 3 = 6 ATP Cicle de Krebs 6 NADH × 3 = 18 ATP 2 FADH × 2 = 4 ATP 2 ATP Balanç: 2 + 6 + 6 + 18 + 4 + 2 = 38 ATP Per tant, segons el càlcul utilitzat en aquests apunts: 1 glucosa 38 ATP Catabolisme respiratori dels lípids Els triglicèrids i fosfolípids es poden degradar fins a obtenir àcids grassos, a partir dels quals s'obté energia. Hi intervenen tres vies: 1. β-oxidació dels àcids grassos 2. Cicle de Krebs BIOLOGIA 2N DE BATXILLERAT Maica Sabaté Millan 3.

Cadena de transport d'electrons β-oxidació dels àcids grassos La β-oxidació té lloc principalment al mitocondri. 1. Activació de l'àcid gras L'àcid gras, que és una cadena hidrocarbonada llarga, s'uneix a un CoA i es forma acil- CoA. En aquest procés es consumeixen 2 ATP. 2. Hèlix de Lynen L'acil-CoA entra al mitocondri. A cada volta s'alliberen 2 carbonis de la cadena en forma d'acetil-CoA. Balanç de cada volta: 1 FADH × 2 = 2 ATP 1 NADH × 3 = 3 ATP 1 H O 2 ATP corresponents a l'activació de l'àcid gras L'acetil-CoA entra al cicle de Krebs i posteriorment a la cadena de transport d'electrons.

Catabolisme respiratori de les proteïnes Les proteïnes, que són molècules complexes, es degraden fins a obtenir aminoàcids. Es produeix la desaminació, que consisteix en la separació del grup amino de l'aminoàcid. Aquest grup s'ha d'eliminar de l'organisme perquè pot produir substàncies tòxiques. La cadena resultant fa una sèrie de transformacions fins a arribar a molècules que poden incorporar-se a les vies respiratòries. BIOLOGIA 2N DE BATXILLERAT Maica Sabaté Millan Els productes poden entrar al cicle de Krebs i, posteriorment, a la cadena de transport d'electrons. Les proteïnes no s'utilitzen habitualment per produir energia, excepte quan situacions adverses ho requereixen. 5.2.

Anabolisme L'anabolisme correspon a reaccions de síntesi. En l'anabolisme: Les molècules es redueixen. Es consumeix energia en forma d'ATP. Es consumeix poder reductor. Els productes de l'anabolisme serveixen de substrat per al catabolisme. Relació entre catabolisme i anabolisme Catabolisme degradació obtenció d'ATP + poder reductor Anabolisme síntesi consum d'ATP + poder reductor CAS DE BACTERI QUE ESTA FENT QUE TIPUS DE RASPIRACIÓ TE I PQ RESPIRACIÓ ANAEROBICA Es propia de bacteris que viuen en lloc on hi ha poc oxigen.

bacteris Acceptors e- Forma reduida habitat Productors de metà 2 4 (metá) Lloc amb molta matèria orgànica i poc oxigen Reductors del sofre 4 2 (sulfat) 2 (sulfat d'hidrogen) Al fons dels llacs, bases, rius. Pero tenen pocs nutrients Reductors dels nitrats 3 (nitrat) 2 (nitrit) Es troben al sól (suelo) Fermentació La fermentació és un procés en què l'acceptor final d'electrons és una molècula orgànica. BIOLOGIA 2N DE BATXILLERAT Maica Sabaté Millan Sempre partim de la glucosa. No hi ha cadena respiratòria ni cicle de Krebs. No hi intervé l'ATP-sintetasa. Segons el compost orgànic que s'obté, distingim: o Fermentació alcohòlica: es produeix etanol.

o Fermentació làctica: es produeix àcid làctic. Fermentació alcohòlica La duen a terme alguns fongs, com els llevats, i s'utilitza sobretot en la indústria alimentària per elaborar begudes alcohòliques i pa. Procés Glicòlisi: la glucosa es transforma en dos piruvats i s'obtenen 2 ATP. Durant l'oxidació de la glucosa, el NAD accepta els electrons i es redueix a NADH. Transformació dels piruvats: els dos piruvats, de 3 carbonis cadascun, es transformen en dues molècules d'acetaldehid, de 2 carbonis cadascuna. Es perd un carboni de cada piruvat en forma de CO ; per tant, s'alliberen 2 CO . Formació d'etanol: l'acetaldehid actua com a acceptor d'electrons i es transforma en etanol.

Rendiment energètic: 2 ATP per molècula de glucosa. Fermentació làctica La duen a terme alguns bacteris, especialment els utilitzats en la indústria làctica. També es produeix en les cèl·lules musculars dels animals durant esforços curts i intensos, quan no hi ha prou oxigen disponible. Procés Glicòlisi: la glucosa es transforma en dos piruvats i s'obtenen 2 ATP. Durant l'oxidació de la glucosa, el NAD accepta els electrons i es redueix a NADH. Formació d'àcid làctic: els dos piruvats es transformen en dues molècules de lactat, mentre que el NADH es torna a oxidar a NAD . Rendiment energètic: 2 ATP per molècula de glucosa. També s'obtenen dues molècules de lactat.