Bloc 1: Metabolisme

Bloc 1: Metabolisme Tema 1: Els biocatalitzadors: enzims i cofactors Tema 2: El metabolisme anabòlic Tema 3: El metabolisme catabòlic Realitzat Prof: Albert Batllori

Tema 2: El metabolisme anabòlic 1. El metabolisme 2. Metabolisme i nutrició 3. Fases del metabolisme 4. Tipus de metabolisme cel·lular 5. Processos anabòlics autòtrofs 6. La fotosíntesi 7. La quimiosíntesi quimiolitotrofa 8. Anabolisme glucídic 9. Anabolisme lipídic

2.1. El metabolisme Metabolisme: Conjunt de reaccions bioquímiques que tenen com a objectiu el intercanvi de matèria i energia entre l’ésser viu i el seu entorn. Tema 2: El metabolisme anabòlic: la fotosíntesi • Es produeixen per: • Obtenir energia química (ATP) • Transformar les substàncies químiques externes en aprofitables o no tòxiques • Construir matèria orgànica pròpia • Trencar les molècules per aprofitar l’energia

2.2. Metabolisme i nutrició Alimentació: acte voluntari conscient que es duu a terme per aconseguir aliments (conjunt de substàncies que s’obtenen de l’exterior). Nutrició: Processos que tenen lloc per obtenir, transportar i utilitzar els nutrients (inorgànics –aigua i sals- i orgànics –glúcids, lípids, proteïnes i vitamines-), així com l’eliminació de les substàncies de rebuig. Alguns nutrients tenen funcions energètiques, altres estructurals i altres funcionals. Grànuls de glucogen Gotes lipídiques

2.3. Fases del metabolisme • Consta de dues fases ben diferenciades: • Anabolisme: construcció de matèria orgànica. Com necessita energia aquesta pot provenir o de l’exterior (fotosíntesi) o de la degradació de matèria organica ja formada (quimiosíntesi). • Catabolisme: degradació de matèria orgànica: • * Fase digestiva: Macromolècules a monòmers. Energia calòrica • * Fase citoplasmàtica: Monòmers a Acetil CoA. 10 % ATP • * Fase mitocondrial: Oxidació completa 90 % ATP

2.4. Tipus de metabolisme cel·lular Hi ha 4 tipus: Font de carboni CO2 Matèria orgànica Llum Font d’energia Reaccions químiques

2.4. Tipus de metabolisme cel·lular Els millors sintetitzadors químics són els vegetals que a partir de llum, CO2, NO3- i altres minerals poden produir: * Glúcids * Lípids * Tots els aminoàcids La resta d’organismes necessiten d’aquests compostos per: - extreure l’energia necessària - són essencials i no els poden fabricar (7 aminoàcids essencials i vitamines) La matèria i energia va passant d’un nivell tròfic a un altre fins els descomponedors que tanquen el cicle Grànuls de midó en patata

2.5. Processos anabòlics autòtrofs Anabolisme autòtrof: parteix de substàncies inorgàniques i, a partir d’energia lliure (llum), són convertides en matèria orgànica. Poweranimat de l’anabolisme global

2.6. La fotosíntesi L’autotrofismefotosintètic consisteix en fabricar matèria orgànica a partir d’inorgànica (CO2 i H2O) utilitzant la llum. Això es realitza en uns orgànuls presents en algunes cèl·lules d’organismes autòtrofs (cianobacteris, algues i vegetals) anomenades CLOROPLASTS. Es requereixen uns pigments amb capacitat de concentrar l’energia fotònica

2.6. La fotosíntesi Hi ha dues fases: 1. Fase lluminosa o fase tilacoidal: fase de utilització de llum i aigua 2. Fase fosca estromàtica, cicle de Calvin o de reducció del carboni: independent de la llum i utilització de CO2 Recordatori de la fase lluminosa de la fotosíntesi

2.6. La fotosíntesi La fase fosca no es pot produir sinó hi ha els substrats necessaris: * ATP (prové de la lluminosa) * NADPH2(prové de la lluminosa) * Ribulosa 1-P * CO2(gas en baixa concentració a l’aire)

2.6. La fotosíntesi 1. La fase lluminosa de la fotosíntesi Es produeix a nivell de les membranes de grana o tilacoidals que contenen: • Pigments (clorofila). PSII i PSI • Citocroms (transportadors d’e-) • ATP sintetasa • Es produeixen varis processos: • Fotòlisi de l’aigua • llum • 2H2O O2 + 4H+ + 4e- • 2. Oxidoreduccions amb transport d’electrons

2.6. La fotosíntesi 1. La fase lluminosa de la fotosíntesi Repàs fase lluminosa de la fotosíntesi 3. Síntesi d’ATP per quimiòsmosi: el pas dels protons, des de l’interior dels tilacoides on s’han concentrat (pH àcid) per l’entrada de més protons per el moviment d’electrons per l’ATP sintetasa, fabrica ATP (compost transportador d’energia química) 6H2O 18 ATP 4. Síntesi d’una agent reductor (NADPH2): imprescindible per després reduir el CO2 de l’aire. 6H2O 12 NADPH2

2.6. La fotosíntesi 2. La fase fosca de la fotosíntesi • No necessita la llum, però si els components fabricats per la intervenció d’aquesta en la fase lluminosa • Com és un procés de reducció requereix: • Un compost per ser reduït: CO2 • Un compost que aporti poder reductor: NADPH2 • Energia: ATP • Un compost orgànic on unir el carboni reduït: ribulosa di fosfat • Un grup d’enzims (destaca el RUBISCO) solubles en l’estroma 6 Ribulosa + 18 ATP + 12 NADPH2 + 6 CO2 6 C6H12O6 + 6 H2O 6 glucoses 1 glucosa + 6 Ribulosa

2.6. La fotosíntesi 2. La fase fosca de la fotosíntesi Repàs fase fosca de la fotosíntesi llum 6H2O + 6 CO2 6 O2 + C6H12O6 Parènquima de reserva: midó Parènquima fotosintètic MER d’un estoma obert d’una fulla permet la entrada de CO2, sortida de O2 però amb pèrdua d’aigua per transpiració

2.6. La fotosíntesi 3. La fotosíntesi del nitrogen • El nitrat és altament soluble per al què la seva utilització no es molt difícil per la planta (encara que en sòls molt plujosos es pot perdre per lixiviació). • Però cal ser transformat per utilitzar-se en forma amino (-NH2) per al què cal reduir-lo, això requereix de: • La glucosa que aporta l’esquelet químic per passar a unir-se a un àcid donar lloc a un aminoàcid • La glucosa que aporta la energia i els H+ pe la seva reducció • La reacció de forma simplificada és: • NO3- NH4+ Arrel sense nitrat no desenvolupa auxines (hormona de creixement vegetal)

2.6. La fotosíntesi 4. Factors que intervenen en la fotosíntesi Factors externs • Intensitat lluminosa • [CO2] • Hores de llum • Temperatura • Color de la llum • Presència de H2O • [O2]

2.6. La fotosíntesi 4. Factors que intervenen en la fotosíntesi Factors interns • Tipus de planta C3, C4, CAM • Àrea foliar • Nivells d’hormones vegetals • Densitat dels estomes • Edat de la fulla • Interacció amb altres processos com la respiració i fotorespiració Alta densitat d’estomes

2.6. La fotosíntesi 5. Fotorespiració El RUBISCO (ribulosa bis fosfat carboxilasa oxidasa) por provocar una oxidació de matèria ja formada alliberant CO2 i fabricant ATP. Això pot disminuir un 50% la producció de glucosa en alguns vegetals no tropicals disminuint el rendiment fotosintètic.

2.6. La fotosíntesi 7. Fotosíntesi bacteriana • Diferencies bacteris amb vegetals: • Alguns com els cianobacteris tenen tilacoides, altres els enzims com el ATPsintetasa estan en els mesosomes • 2. Tenen Bacterioclorofil·les o Clorofil·la a. • 3. El donador d’electrons no és l’aigua (p.ej el SH2) és doncs una fotosíntesi anoxigènica Els cianobacteris fan la fotosíntesi amb bacterioclorofil·la en tilacoides i generen oxigen: son fotosintètics oxigènics

2.7. La quimiosíntesi quimiolitotrofa 1. Bacteris nitrificants Fan una oxidació del NH3 a àcid nítric o nitrats i amb l’energia exotèrmica redueixen el CO2 i fabriquen matèria orgànica. Algunes espècies poden ser fitzadores de nitrogen establint una simbiosi amb moltes lleguminoses que ajuden a aquests bacteris, que produirien molt poca energia, a sobreviure Nitrosació (Nitrosomones): 2NH3 + 3O2 2HNO2 + 2H2O + ATP Nitratació (Nitrobacter): 2HNO2 + O2 2HNO3 + ATP Nitrosomones Nitrobacter

2.7. La quimiosíntesi quimiolitotrofa 2. Tiobacteris Són bacteris aeròbics obligats ja que necessiten l’oxigen per oxidar al SH2 i obtenir energia de la reacció. Se’ls anomena sulfobacteris incolors per no confondre’ls amb els sulfobacteris verds o porpres que fan la fotosíntesi SH2 + O2 H2SO4 + ATP En zones termals volcàniques les podem trobar

2.7. La quimiosíntesi quimiolitotrofa 3. Ferrobacteris Mitjançant la oxidació de carbonats de ferro o sulfats de ferro obtindran l’energia necessària per fitxar o reduir el CO2 Amb reaccions com 4FeCO3 + 6H2O + O2 4Fe(OH)3+ 4CO2 + ATP o 4 Fe2+ + 4H+ + O2 4Fe3+ + 2H2O + ATP Provoquen la corrosió biològica del metall

2.8. Anabolisme glucídic 1. Gluconeogènesi En determinats moments, com en dejuni prolongat o un esport molt intens prolongat, l’organisme necessita un quantitat extra de glucosa, que si no hi ha glucogen, només queda la possibilitat que els hepatòcits la fabriquin. No és rentable (per cada 1 ATP que s’obté en catabolitzar se’n necessita 3 per anabolitzar) però és vital en cas de necessitat El punt de sortida són aminoàcids o glicerol. És com una glucolisi inversa en algunes reaccions. Són reaccions citoplasmàtiques

2.8. Anabolisme glucídic 2. Glucogenogènesi En el cas del glucogen es gasta 1 UTP, en cas del midó 1 ATP. El glucogen es produirà en el fetge i múscul activat per la insulina (en nivells alts de glucosa en sang).

2.9. Anabolisme Lipídic El principal precursor dels àcids grassos és el malonil-CoA, una molècula que aporta dos dels tres àtoms de carboni l’esquelet carbonat de l’àcid gras en creixement. El malonil-CoA prové del acetil-CoA. Totes les reaccions de síntesi d’àcids grassos tenen lloc en el citoplasma de les cèl·lules. Per afegir una molècula de dos carbonis es necessitaren 6 ATP. A partir d’ells podem fabricar triglicèrids o fosfolípids Adipòcits generats per resistència a la insulina

Bloc 1: Metabolisme