1
2
EL METABOLISME: consideracions generals Conjunt de reaccions químiques d’oxido-
reducció (les reaccions intermèdies poden no ser-ho, però globalment les vies ho són). Una substància s’oxida quan perd electrons. Pot
anar acompanyada d’una addició d’oxigen o bé de pèrdua d’hidrogens
Una substància es redueix quan guanya electrons. Pot haver-hi disminució del contingut d’oxigen o bé addició d’hidrogen
Quan una substància s’oxida, l’altra es redueix: reaccions RED-OX o de transferència d’electrons
3
EXEMPLE DE REACIÓ RED-OX
4
TIPUS DE REACCIONS METABÒLIQUES
5
6
TIPUS DE METABOLISME Anabolisme:FASE CONSTRUCTIVA Conjunt de processos de síntesi amb
fabricació de molècules complexes a partir de molècules simples.
Necessita energia Són processos de reducció Són vies divergents: a partir d’un nombre
reduït de molècules s’obté variació de biomolècules
Molècules sintetitzades són components cel·lulars o substàncies de reserva
7
TIPUS DE METABOLISME Catabolisme: FASE DESTRUCTIVA Degradació de molècules complexes, provinents
del medi extern o de reserves internes, amb formació de productes finals més simples
Alliberament d’energia Processos oxidatius Vies convergents: productes intermediaris i finals
comuns Anabolisme i catabolisme no estan aïllats sino
que s’interrelacionen i estan en equilibri dinàmic
8
ALTRES DEFINICIONS BÀSIQUES Ruta i via metabòlica: conjunt de reaccions
químiques coordinades per tal de produir un producte final
Substrat i producte: compost inicial i final d’una reacció
Metabòlit: Compost químic que intervé en les reaccions dels éssers vius
Disponibilitat de substrat: Tant una via metabòlica com una reacció individual depenen de la presència del substrat i dels coenzims de la reacció
9
ASPECTES ENERGÈTICS Energia lliure (G): energia continguda en les
substàncies que participen en una reacció metabòlica Variació d’energia lliure ( G): E final –
E inicial Reaccions exergòniques: G -, alliberen E, poden
donar-se espontàniament Reaccions endergòniques: G +, consumeixen E,
s’han d’acoblar a reaccions exergòniques La transferència d’E entre els dos tipus de reaccions
es fa a través de l’ATP ATP: sistema d’emmagatzematge i transport d’E,
comú a TOTS els éssers vius
10
ESTRUCTURA I REACCIÓ DE L’ATP Dos enllaços rics en E Reacció cap a la dreta és espontània. S’acobla a
reaccions endergòniques per fer-les possible Síntesi d’ATP necessita molta E, es possible si
s’acobla a processos molt alliberadors d’E Hi ha altres nucleòtids trifosfat que actuen com a
vehicles energètics: UTP, CTP i GTP
11
Vies de formació d’ATP: Fosforilació a nivell de substrat: cessió d’E
d’uns compostos a uns altres amb formació d’ATP
Fosforilació oxidativa: cessió d’e- des de coenzims reduïts a l’O2 que es redueix formant H2O. Es produeix una diferència de [H+] (pH) entre l’interior i l’exterior de les crestes mitocondrials. Aquest procés provoca la formació d’ATP
Per a què es fa servir l’E de l’ATP? Les cèl·lules fan diversos tipus de
treball:a) Treball osmòtic: transport actiu a través
de les membranes en contra del gradientb) Treball mecànic: processos cel·lulars
responsables del moviment (p.e. contraccions de la fibra muscular)
c) Treball químic: síntesi de biomolècules (biosíntesi)
12
13
ESQUEMA GENERAL DEL METABOLISME
14
EL CATABOLISME I L’OBTENCIÓ D’ENERGIA Conjunt de reaccions de degradació
de les biomolècules amb producció neta d’E que es conserva en forma d’ATP
Es produeixen reaccions RED-OX: catabolits finals més oxidats.
Els enzims que hi intervenen són deshidrogenases
15
Tipus de catabolisme: Fermentació: Donant i acceptor d’e- són dos compostos
orgànics Fosforilació de l’ATP només a nivell de substrat Respiració: Acceptor final d’e- és una molècula inorgànica:
O2, NO3-, SO4
2-... Donant és un compost orgànic, excepte als
bacteris quimioautòtrofs Fosforilació a nivell de substrat i oxidativa
16
Tipus de respiració: Aeròbia: acceptor final és O2 H20 Anaeròbia: acceptor final altres
molècules inorgàniques:NO3
- NO2-
SO42- S2-
CO2 CH4
17
Etapes del catabolisme:1. Degradació de macromolècules
(polisacàrids, lípids, proteïnes...) fins als monòmers essencials. En els animals és la fase de digestió
2. Degradació dels monòmers essencials fins a uns pocs catabolits intermediaris (acetil-CoA)
3. a) Degradació total dels catabolits intermediaris a CO2, H2O i NH3, amb alliberament total de l’energia, en el cas de la respiració.b) Degradació parcial amb formació d’altres biomolècules que encara tenen E en la fermentació (alcohol etílic, àc.làctic, ...)
18
EL CATABOLISME DELS GLÚCIDS
Substrat inicial: glucosa. Si la cèl·lula no en té, utilitza altres monosacàrids, isomeritzant-los prèviament a glucosa.
Etapes:1. Glucòlisi: seqüència de reaccions que
passen la glucosa a piruvat2. En els organismes aerobis, respiració
cel·lular aeròbia: Transformació del piruvat a acetil CoA Cicle de Krebs Cadena respiratòria amb transport d’e- i
fosforilació oxidativa
3. En els organismes anaerobis, respiració cel·lular anaeròbia o fermentació
19
LA GLUCÒLISI (RUTA D’EMBDEN-MEYERHOF) Degradació parcial i anaeròbia de la
glucosa (6C), tranformant-la en dues molècules d’àcid pirúvic (3C)
Al hialoplasma D’on prové la glucosa?
Cèl·lula animal:• Sucres de l’aliment• Reserves de glucogen (glucogenolisi)• Transformació a partir d’altre compostos
(neoglucogènesi) Cèl·lula vegetal:
• Síntesi a partir de matèria inorgànica (fotosíntesi)• Reserves de midó• Transformació (neoglucogènesi)
20
21
Balanç de la glucòlisi: És una via catabòlica: 6C 2 3C És una via oxidativa: el piruvat és més
oxidat que la glucosa i els coenzims es redueixen (NAD+ passa a NADH)
Reacció global neta:
Seqüència de reaccions molt similars a tots els organismes i a tota classe de cèl·lules
22
Quin és el destí del piruvat?
1. Fermentació:En condicions anaeròbiquesAl hialoplasmaEl NADH s’oxida i torna a NAD+
2. Respiració cel·lular: En condicions aeròbiquesAls mitocondrisEl NADH s’oxida i torna a NAD+
23
RESPIRACIÓ CEL·LULAR Etapes:1. Descarboxilació oxidativa del
piruvat2. Cicle de Krebs3. Transport electrònic4. Fosforilació oxidativa
24
Respiració cel·lular: Descarboxilació oxidativa del piruvat Ac. Pirúvic passa del citoplasma a la matriu
mitocondrial gràcies a un transportador específic
Enzim: piruvat-deshidrogenasa
25
Respiració cel·lular: cicle de Krebs Matriu mitocondrial(eucariotes),
citoplasma (procariotes) Vuit reaccions cícliques de
degradació de l’acetil-CoA a CO2. S’alliberen H que es transfereixen al NAD+ i FAD
26
Procedència de l’acetil-CoA: Del piruvat format en la glucòlisi De l’oxidació dels àcids grassos De l’oxidació de certs aminoàcids
Alguns dels catabòlits intermediaris del cicle són necessaris per la biosíntesi (anabolisme) d’aminoàcids, glúcids i àcids grassos.
27
Cicle de Krebs
28
Balanç del cicle de Krebs Oxidació completa de l’acetil-CoA fins a
CO2
1molècula de GTP per fosforilació a nivell de substrat (rendiment E baix)
Reducció de 4 coenzims: 3NADH i 1 FADH2
Queda lliure 1 CoA que serà reutilitzat Reacció global:
29
Respiració cel·lular: Transport electrònic i forforilació oxidativa
NADH i FADH2 contenen els e- i H+
arrancats del substrat Cal reciclar-los i recuperar les
formes oxidades pq són escassos A càrrec de molècules proteiques
col·locades seqüencialment i adossades a la membrana interna de les crestes mitocondrials: cadena de transport d’e- o cadena respiratòria.
30
Els successius transportadors experimenten reaccions Red-Ox.
El seu ordre ve determinat pel seu potencial Red-Ox creixent (tendència a captar e-): els e- flueixen espontàniament d’un transportador a un altre.
L’acceptor final d’e- és l’O2
Els H+ són bombejats des de la matriu a través de la m. interna mitocondrial amb síntesi d’ATP
Finalment els H+ s’uneixen a l’O2 formant H2O
31
32
Com es produeix la fosforilació oxidativa?:Teoria quimiosmòtica de Mitchell Els e- flueixen de – a +
potencial Red-Ox (tendència a reduïr-se captant e-)
En passar de – a + potencial es despren E
L’E s’utilitza per bombejar els H+ dels coenzims reduïts des de la matriu a l’espai intermembranós, en contra del gradient, en tres punts d’acoplament.
33
Els H+ tornaràn a la matriu, degut al gradient favorable, a través del complex enzimàtic ATP-sintetasa o partícules F que s’activa.
L’activació de l’ATP sintetasa provoca la formació d’ATP a partir d’ADP + Pi
3 ATP/NADH 2 ATP/FADH2
34
RENDIMENT ENERGÈTIC DE LA RESPIRACIÓ AERÒBIA 1 glucosa 2 piruvat
2 ATP 2 NADH
1piruvat x2 1 acetil-CoA x2 1 NADH x2 = 2 NADH
1 acetil-CoA x2 3 NADH x2 = 6 NADH 1 FADH2 x2= 2 FADH2
1 GTP x2 = 2 GTP Total: 2 ATP
2 GTP = 2 ATP10 NADH2 FADH2
glucòlisi
c.Krebs
35
Cadena respiratòria:10 NADH x 3 ATP/NADH = 30 ATP2 FADH2 x 2 ATP/FADH2 = 4 ATPTotal:
34 ATP (cadena respiratòria)+ 4 ATP (glucòlisi i
c.Krebs) = 38 ATP
1 mol ATP = 7 Kcal38 ATP x 7 Kcal/mol ATP = 266 Kcal/mol glucosa
(1mol glucosa=180 g.)
36
REACCIÓ GLOBAL DEL CATABOLISME DE LA GLUCOSA
Es necessita ½ O2 per formar 1 H2O per captar els 2 e- i els 2 H+ de cada coenzim reduït.
Glucosa + 6 O2 + 38 ADP + 38 Pi6 CO2 + 38 ATP + 42 H2O
37
LA FERMENTACIÓ El substrat experimenta oxidació
incompleta Acceptor final d’e- i H+ és un compost
orgànic Els productes finals encara tenen E Rendiment energètic baix: 2 ATP de la
glucòlisi Es consumeix glucosa molt ràpidament Es produeix en absència d’O2 (procés
anaeròbic): Cadena respiratòria no pot funcionar C. de Krebs queda inhibit (falta de NAD+ i FAD
que es recuperaven en la cadena resp.)
38
Organismes fermentadors: Certs grups de bacteris i llevats que poden ser:
Anaerobis facultatiusAnaerobis estrictes
Cèl·lules del teixit muscular dels animals, en certes condicions.
Les fermentacions s’anomenen pel producte final més abundant: Fermentació alcohòlica Fermentació làctica Fermentació butírica Putrefacció
Al hialoplasma
39
Fermentació alcohòlica:1. Glucòlisi: obtenció de 2 ATP i 2 NADH2. Descarboxilació amb alliberament de
CO23. Hidrogenació de l’ac. Pirúvic amb el
NADH obtingut a la glucòlisi: reciclatge de NAD+
4. Producte final: alcohol etílic
40
Reacció neta:Glucosa+2Pi+2ADP 2 etanol+2CO2+
2ATP+2H2O No es produeix red-ox neta: oxidació
en la glucòlisi i reducció al final A càrrec de llevats anaerobis
facultatius: Si [O2] alta, cile de Krebs I cadena resp. Si [O2] baixa o no n’hi ha, fermentació Exemples: llevat de la cervesa, del vi, del
cava, del pa… (Saccharomyces de diferents sp)
41
Fermentació làctica:1. Glucòlisi2. Hidrogenació de l’àcid pirúvic3. Producte final: àcid làctic
42
Aplicacions a l’indústria làctica (iogurt i quèfir).Organismes implicats:Lactobacillus casei, L.bulgaricus i Streptococcus lactis
Múscul estriat dels animals:Si l’exercici és brusc:
a) s’oxida molta glucosa a piruvatb) Arriba menys O2 del necessari per
transformar-lo en el c. de Krebsc) Fermentació làctica d) Àcid làctic baixa el pHe) Interferència en la contracció muscular i
responsable de la fatiga muscular i del cruiximent.
43
Dependència metabòlica de tots els processos:uns generen NADH i FADH2 i altres regeneren les formes oxidades
44
45
CATABOLISME DELS LÍPIDS Els lípids (especialment triglicèrids) són una
reserva energètica en els animals. Causes:1. Els àcids grassos estan fortament reduïts,
la seva oxidació allibera molta E2. Els triglicèrids són apolars: es poden
emmagatzemar de forma compacta Etapes del catabolisme:1. Acil-glicèrids àcids grassos2. Oxidació completa dels àcids grassos: ß-
oxidació o hèlix de Lynendigestió
46
ß-OXIDACIÓ DELS ÀCIDS GRASSOS Matriu mitocondrial A cada volta del procés s’alliberen:
2C en forma d’acetil-CoA1 NADH i 1 FADH2
Es formen tantes molècules d’acetil-CoA (2C) com parells de C té l’acid gras.
Acoplada al c.de Krebs (acetil-CoA) i a la fosforilació oxidativa (coenzims reduïts)
47
Exemple:• Àcid gras de 2n C• La ß-oxidació es produïrà n-1 vegades• Es formen n molècules d’acetil Co-A, n-1
molec. de NADH i n-1 de FADH2
48
Balanç energètic de la ß-oxidació: Exemple: àcid palmític (16 C)(pM=256 g)
7 voltes del procés:7 NADH7 FADH28 Acetil-CoA 8x3 NADH =24 NADH
8x1 FADH2= 8 FADH2 8x1 GTP = 8 GTPCadena respiratòria:(24+7) NADH x 3ATP/NADH = 93 ATP(8+7) FADH2 x 2ATP/FADH2 = 30 ATP
8 GTP = 8 ATPTOTAL =131 ATP
131 ATP–1 ATP (activació de l’àcid gras)=130 ATP130 mols ATP x 7Kcal/mol ATP = 910 Kcal
c.de Krebs
49
CATABOLISME DE LES PROTEÏNES Les P, en condicions normals, no són
usades com a font d’E. Els AA que sobren de la síntesi de P no poden ser emmagatzemats ni excretats, seran font d’E.
Etapes del catabolisme:1. Digestió: peptidases trenquen enllaços
peptídics2. Degradació dels AA
50
2. Degradació dels AAa) Separació dels grups amino: excreció
per l’orina en forma d’urea, amoníac o àcid úric.Dos mecanismes:• Per transaminació: El grup amino
es transfereix a un α-cetoàcid que es transforma en un nou AA
Transaminases al citoplasma i matriu mitocondrial
51
• Desaminació oxidativa:El grup amino s’allibera com a NH3+ i es forma un α-cetoàcid (es podrà utilitzar en una nova transaminació)Deshidrogenases al citoplasma i a la matriu mitocondrial de les cèl·lules hepàtiques
b) descarboxilació: Separació del grup carboxil (-COOH) en forma de CO2
α-cetoàcid + CoA-SH (R)-CoA + CO2
52
Transaminació i desaminació de l’alanina
53
CATABOLISME DELS ÀCIDS NUCLEICS
54
Interrelació de les vies catabòliques
55
Esquema de la respiració aeròbica mitocondrial
Top Related