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 3: El metabolisme catabòlic 1. El catabolisme 2. Tipus de catabolisme 3. Catabolisme dels glúcids 4. Les fermentacions 5. Catabolisme de lípids 6. Catabolisme de proteïnes i aminoàcids

3.1. El catabolisme Catabolisme: 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.

3.2. Tipus de catabolisme Segons 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 (SO42-) 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

3.3. Catabolisme de glúcids La primera fase és la hidròlisi en els sistemes digestius (organismes pluricel·lulars) o en vacúols digestius (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 Visió global del catabolismeglúcids

3.3. Catabolisme de glúcids 1. 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 piruvat 2 CH3 – CO - COOH Visió detallada esquemàtica de la glucolisi

3.3. Catabolisme de glúcids 3. 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 Parts i funcionsmetabòliques en el mitocondri

3.3. Catabolisme de glúcids 3. 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 ATP 2 descarboxilacions = 2 CO2 Explicació detallada del Cicle de krebs

3.3. Catabolisme de glúcids 4. 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 intermembranòs (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: * Augmentar les crestes: augmenta la superfície membranosa interna * Dividir-se: augmenta el nombre de mitocondris

3.3. Catabolisme de glúcids 5. 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 això permet a aquest enzim convertir aquesta energia en energia química sintetitzant ATP. 1 NADH2 3 ATP 1 FADH2 2 ATP Els protons, en passar, són agafats per al oxigen: 2 H+ + O2- H2O o aigua metabòlica Explicacióesquemàtica de la cadena respiratòria

3.3. Catabolisme de glúcids 6. 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. Visió global energètica del catabolisme de la glucosa

2.4. Les fermentacions 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 (2ATP) * Les produeixen llevats, alguns bacteris i cèl·lules musculars. * Regeneren el NAD+ * L’acceptor final d’electrons i protons és un compost orgànic

3.4. Les fermentacions 1. 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 iogurt i formatge

3.4. Les fermentacions 2. 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. Ho realitzen llevats Saccharomyces. 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 Visió global de les fermentacions

3.4. Les fermentacions 3. La fermentació acètica i butírica La fermentació acètica produeix la transformació de l’etanol en àcid acètic (principal component del vinagre). Ho realitzen bacteris oxidatius com Acetobacter aceti 2CH3-CH2OH + O2 2CH3-COOH + 2H2O La fermentació butírica és la transformació de derivats glucídics vegetals, com midó o cel·lulosa, en àcid butíric CH3-CH2-CH2-COOH que fa mala olor. La produeixen bacteris anaeròbics com Clostridium butiricum que ajuden a la descomposició ràpida de la matèria

3.5. Catabolisme de lípids Els lípids emmagatzemats tenen funció energètica. L’enzim lipasa separa els àcids grassos de la glicerina. Dins del mitocondri segueixen vies diferents. Els àcids grassos segueixen una sèrie de b-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 b-oxidacions: - 8 acetil CoA - 7 NADH2 - 7 FADH2 8 Cicles de Krebs en la matriu mitocondrial

3.6. Catabolisme de les proteïnes i els aminoàcids Una proteïna serà digerida, en l’home gràcies a la acció del pepsinogen (pepsina més àcid clorhídric gàstric) i se obtenen aminoàcids i calor • Un aminoàcid es pot eliminar per: • Transaminació • Catabolisme • Anabolismeproteic • Desaminació

Bloc 1: Metabolisme