1

Tema 1: Els biocatalitzadors: enzims, vitamines i hormones

Tema 2: El metabolisme catabòlic

Tema 3: El metabolisme anabòlic

Tema 4: La nutrició i el metabolisme

2

1. El catabolismeCatabolisme: conjunt de reaccions bioquímiques que transformen les macromolècules en molècules orgàniques petites, i aquestes en inorgàniques. Durant aquest procés s’allibera energia

Tenen unes primeres vies convergents, fins a acetil CoA i s’anomena catabolisme intermediari; i els compostos que van apareixent: metabòlits.

Solen ser reaccions d’oxido-reducció on s’alliberen electrons que passen a transportadors d’electrons i els metabòlits passen de nivells energètics elevats a més baixos.

3

1. Tipus de catabolismeSegons el grau d’oxidació de la matèria orgànica i segons

qui és l’acceptor final d’electrons es distingeixen:

A. Respiració: l’oxidació és completa i l’acceptor final d’electrons és un compost inorgànic:

* Respiració aeròbica: l’oxigen és l’acceptor; els productes finals després de la cadena respiratòria són l’H2O i CO2. 36-38 ATPs

* Respiració anaeròbica: el nitrogen (NO3-), el sofre (SO4

2-) o CO2 són els acceptors finals donant lloc a NH4, SH2 o CH4 després de la cadena respiratòria. 36-38 ATPs. Bacteris

B. Fermentació: oxidació no completa de la matèria orgànica. Un compost orgànic és l’acceptor final del electrons. S’obté poca energia (2 ATP) doncs no hi ha cadena respiratòria. Fongs

4

2. Catabolisme per respiració

A) Catabolisme de glúcids

La primera fase és la hidròlisi en els sistemes digestius en organismes pluricel·lulars o en vacúols digestius en unicel·lulars gràcies a enzims. Únicament els monosacàrids poden entrar en el sistema circulatori. Produeix calor.

La segona fase cel·lular pot ser: * aeròbica amb una fase final mitocondrial. * anaeròbica (en els músculs) o fermentativa

5

A) Catabolisme de glúcids1. La glucòlisi o ruta d’Embden-Meyerhof

Procés on la glucosa es degrada en dues molècules d’àcid pirúvic o piruvat.

Característiques:

1. És citoplasmàtica 2. És anaeròbica (no intervé l’oxigen) 3. Comença amb una activació (-2ATP) 4. Produeix:

* 4 ATP – 2 ATP = 2 ATP fosforilació a nivell de substrat* 2 NAD + 2e- + 2H+ 2 NADH2

5. Produeix 2 molècules de piruvat2 CH3 – CO - COOH

6

A) Catabolisme de glúcids2. La via de les pentoses

Procés en el qual la glucosa es transforma en les pentoses ribulosa i xilulosa de manera reversible.Necessària per produir nucleòtids, CoA, NAD i FAD.

Característiques: 1. És citoplasmàtica 2. Produeix una descarboxilació 3. Produeix dues deshidrogenacions

i genera 2 NADPH2

7

A) Catabolisme de glúcids2. La via de les pentoses

També serveix per produir altres monosacàrids diferents.

8

A) Catabolisme de glúcids3. El cicle de krebs

El pirúvic entra en la matriu i es produeix una descarboxilació oxidativa produint acetat actiu + NADH2 + CO2

El cicle de krebs o cicle de l’àcid cítric o dels àcids tricarboxílics es produeix en organismes aerobis gràcies a enzims solubles en la matriu mitocondrial.

El catabolisme de lípids i proteïnes convergeixen a aquest nivell.

Alguns del metabòlits poden ser utilitzats per sintetitzar aminoàcids no essencials

9

A) Catabolisme de glúcids3. El cicle de krebs

Aquest conjunt de reaccions requereixen quantitats elevades del coenzim NAD, de tal manera que si no està sincronitzada amb la cadena respiratòria que regenera NAD es col·lapse, i no deixa entrar pirúvic

Característiques: 1. Requereix indirectament oxigen 2. Produeix per cada acetil CoA:

* 3 NADH2

* 1 FADH2

* 1 ATP2 descarboxilacions = 2 CO2

10

A) Catabolisme de glúcids4. La cadena respiratòria

Procés acoblat a enzims de membrana (deshidrogenases i citocroms)

El NADH2 i el FADH2 (en llocs d’acoblament diferents) s’oxiden alliberant H+ i e- que viatgen per citocroms produint la sortida dels protons a l’espai intermembranós (baixa el pH a la vegada que augmenta la seva concentració). En darrer lloc els electrons són agafats pel ½O2+2e- O2-

Per augmentar l’eficàcia d’aquest procés, el mitocondri pot: * formant crestes: augmenta la superfície membranosa interna * dividir-se: augmenta el nombre de mitocondris

11

A) Catabolisme de glúcids5. La fosforilació oxidativa

Segons la teoria quimiosmòtica de Mitchel el gradient elèctric i químic provoca el pas dels protons per un enzim especial (localitzat a nivell del cloroplast i mitocondri) anomenat ATPsintetasa aixó permet a aquest enzim convertir aquesta energia en energia química sintetitzant ATP.

1 NADH2 3 ATP1 FADH2 2 ATP

Els protons en passar són agafats per al oxigen:

2 H+ + O2- H2O o aigua metabòlica

12

A) Catabolisme de glúcids6. Balanç energètic de la degradació aeròbica

de la glucosa

La glucosa és la molècula energètica per excel·lència. Algunes cèl·lules, com les neurones, únicament poden utilitzar glucosa per obtenir energia.

13

B) Catabolisme de lípids

Els lípids emmagatzemats tenen funció energètica.L’enzim lipasa separa els àcids grassos de la glicerina. Dins del mitocondri següeixen vies diferents.

Els àcids grassos segueixen una sèrie de β-oxidacions o hèlix de Lynen. Cal que estiguin combinats amb el CoA per ser oxidats i transformar-se en acil CoA amb despesa d’un ATP

Una molècula de 16 carbonis produeix 130 ATP:* 7 β-oxidacions: - 8 acetil CoA

- 7 NADH2

- 7 FADH2

8 Cicles de krebs

14

C) Catabolisme de les proteïnes i els aminoàcids

15

3. Catabolisme per fermentació

Al final de la glucolisi l’àcid pirúvic, si no hi ha oxigen suficient i la demanda d’energia és elevada, entra en les vies fermentatives:

• Tenen lloc en el citoplasma• Són molt menys energètiques• Les produeixen llevats, alguns bacteris i cèl·lules musculars.• Regeneren el NAD• L’acceptor final d’electrons i protons és un compost orgànic

16

3. Les fermentacions2. La fermentació alcohòlica

A partir de 2 àcids pirúvics procedents d’una glucosa es produeixen 2 molècules d’alcohol etílic i 2 molècules de CO2.

Els llevats del gènere Saccharomyces són els especialistes. Després es poden destil·lar els productes finals per augmentar la concentració d’alcohol.

La degradació de l’etanol en el fetge és una reacció inversa, que produeix acetaldehid, que provoca mal de cap

17

3. Les fermentacions1. La fermentació làctica

Única fermentació que poden fer les cèl·lules musculars.

La producció d’àcid làctic provoca una certa acidosi, però el producte final no és tòxic, cristal·litza (dolor muscular i cruiximent) i la reacció es reversible en presència d’oxigen en el fetge

Amb Lactobacillus elaborem productes com el yogourt i formatge