apuntes metabolismo para selectividad

1. METABOLISME
Conjunt de reaccions químiques que es produeixen a l’interior cel·lular per a obtenir
matèria (construir i renovar estructures) i energia (emmagatzemar-la i realitzar les
funcions vitals). Aquestes estan catalitzades per enzims, necessitant menys energia
d’activació (perquè succeeixi la reacció en un mateix temps). Està format per vies
metabòliques, les molècules que intervenen s’anomenen metabòlits.
En una via metabòlica (conjunt de reaccions químiques encadenades) hi ha productes i
substrats. Hi ha dos coenzims d’oxidació i reducció que transporten protons i electrons, el
NAD+
/NADH+H+
i el FAD/FADH.
NAD+
+2H+
+ 2e-
→ NADH + H+
Dues fases:
Catabolisme: Degradació de molècules complexes en altres més senzilles. S’allibera
energia (emmagatzemada als enllaços fosfat de l’ATP). Són reaccions d’oxidació, l’àtom
perd electrons. Els productes normalment són els mateixos.
Anabolisme: Síntesi de molècules simples en altres més complexes. Es necessita energia
(ATP). Són reaccions de reducció, l’àtom guanya electrons. Els productes són molt
diferents. Esterificació i síntesi de proteïnes…

2. CATABOLISME
Glicòlisi
El pas d’una glucosa a dos piruvats anaeròbicament. La glucosa incorpora 2 fòsfors de
dues molècules d’ATP (convertint-les en ADP), convertint-la en una fructosa difosfat
inestable que es parteix en un glicerlaldehid-3-fosfat i una altra molècula que es
tranformarà en el gliceraldehid.
Els gliceraldehids s’oxiden (perden electrons NAD+
→ NADH+H+
) i guanyen un fosfat cada
un. Segueixen reaccionant fins que els seus fosfats són extrets per 2 ADPs, proporcionant
en total 4 ATPs.
Balanç net:
C6H12O6 + 2 NAD+
+ 2 (ADP + Pi) ➝ 2 (C3H3O3
-
) + 2 (NADH + H+
) + 2 ATP
Piruvat
Transformació de piruvat en acetil-CoA
El piruvat primer entra al mitocondri mitjançant transport actiu. La
transformació la fa un conjunt d’enzims i coenzims anomenat
sistema piruvat-deshidrogenasa. Primer succeeix una descarboxilació
en forma de CO2, introducció d’un Coenzim A (CoA) i una reducció
d’un NAD+
, resultant en un acetil-S-coenzim A (acetil-CoA).
Balanç net:
C3H3O3
-
+ CoA-SH + NAD+
➝ Acetil-CoA + CO2 + NADH +H+
Cicle de Krebs / Cicle de l’àcid cítric (primera etapa de la respiració)
Via metabólica complexa que degrada totalment els grups acetil
(CH3-COO-
) dels Acetil-CoA. Partint d’Acetil-CoA, aquest transfereix el grup acetil a l’àcid
oxoalacètic, forma l’àcid cítric, deixant lliure el coenzim A.
Després de dues descarboxilacions i tres reduccions: NAD+
→ NADH+H+
, una reducció FAD+
→ FADH i un GTP (equivalent a ATP) es torna a formar l’àcid oxoalacètic, formant un cicle
que necessita l’aportació d’un grup acetil per part d’un Acetil-CoA.
Balanç net:
Acetil-CoA + 3 NAD+
+ FAD + GDP + Pi ➝ 2CO2 + CoA-SH + 3(NADH + H+
) + FADH2 + GTP
És un procés aeròbic ja que, en absència d’oxigen, no es regeneren els NAD+
i el FAD a c.r.

3. Transport d’electrons en la cadena respiratòria (segona etapa de la respiració)
S’oxiden els coenzims reduïts (NADH i FADH2) per tornar a utilitzar-los al cicle de Krebs i es
produeixen grans quantitats d’ATP. Cada coenzim cedeix electrons i protons a la cadena
respiratòria, una sèrie de molècules (bàsicament proteiques)/complexos proteics
transportadors d'electrons situada a la membrana interna dels mitocondris.
El primer complex accepta els electrons i els cedeix al següent, el qual té un potencial de
reducció inferior (tendència a donar electrons, si és més baixa els rebrà). Mentres els
electrons passen pels diferents complexos proteics succeeix la quimioosmosi. L’energia
perduda pels electrons s’usa en punts concrets de la cadena per bombejar els protons
dels coenzims oxidats cap l’exterior de la membrana, en cas dels mitocondris, cap l’espai
intermembranós. Els electrons són transferits a l’oxigen, l’acceptor final d’electrons, el
qual forma aigua amb protons
( 2H+
+ ½ O2 + e-
➝ H2O ).
Quan hi ha una elevada concentració de protons, la membrana no pot contenir la
diferencia de potencial i els protons tornen a la matriu mitjançant uns canals amb un
enzim anomenat ATP-sintetasa. Aquest enzim està dividit en quatre parts formades per
subunitats de polipèptids, les quals es mouen com un molí hidràulic quan els protons
flueixen pel canal interior. El pas dels protons per l’enzim provoca la unió d’un ADP amb
un grup fosfat i es genera així una molècula d’ATP. Aquest procés s’anomena fosforilació
oxidativa.
Una molècula de NADH + H+
proporciona aproximadament 3 ATPs i el FADH2 proporciona 2.
Balanç energètic del catabolisme per respiració de la glucosa
Glicòlisi: 2 piruvats/glucosa 2 NADH + H+
/glucosa
Sistema piruvat-deshidrogenasa: Acetil-CoA/piruvat 1 NADH + H+
/piruvat
Cicle de Krebs: 3 NADH+H+
/Acetil-CoA
1 FADH2/Acetil-CoA
GTP/Acetil-CoA
Respiració: 3 ATP/NADH + H+
2 ATP/FADH2
Glicòlisi: 2 piruvats i 2 ATP 2 NADH + H+
Sistema piruvat-deshidrogenasa: 2 Acetils-CoA 2 NADH + H+
Cicle de Krebs: 6 NADH+H+
2 FADH2
2 GTP
Respiració: 18 ATP (NAD) 12 ATP(NAD sobrants)
4 ATP (FAD)
Total: 2 ATP + 2 GTP + 18 ATP + 4 ATP + 12 ATP = 38 ATP
En les cèl·lules eucariotes, per introduir els 2 (NADH + H+
) al mitocondri, on pugui
incorporar-se a la respiració cel·lular, es gasten 2 ATPs, rebaixant els ATP a 36. En les
procariotes es queda a 38 el balanç global

4. Catabolisme per fermentació
En la fermentació no intervé la cadena respiratòria. Per això és un procés anaeròbic ja que
no pot utilitzar l’oxigen de l’aire com a acceptor d’electrons final, aquest és un compost
orgànic. En els dos tipus de fermentació s’obté només 2 ATPs al substrat, osigui, la
glucòlisi i s’oxida parcialment la glucosa. Finalment es tornen a oxidar els coenzims
reduïts
Fermentació alcohòlica
El piruvat es transforma en etanol i CO2. Un cop feta la glicòlisi i produïts els 2 ATP, els
piruvats es transformen en acetaldehids i deixen 1 molècula de CO2 per cada piruvat.
Aquests acetaldehids es transformen finalment en etanol i els NADH+H+
s’oxiden per
poder tornar a reduir-se. Els productes poden variar.
C6H12O6 + 2 (ADP + Pi) ➝ 2 (CH3 - CH2OH) + 2 CO2 + 2 ATP
Microorganismes i llevats (fongs) realitzen aquesta fermentació.
Gènere Saccharomyces: anaerobis facultatius. Poden fer també la respiració i la
prefereixen.
Saccharomyces cerevisiae: Cervesa, whisky, rom i una varietat purificada, el pa.
gènere espècie
Saccharomyces fragilis:
Cava
Saccharomyces
ellipsoideus: Vi
Saccharomyces
apiculatus: Sidra
Fermentació làctica
El piruvat es transforma en àcid làctic Un cop feta la glucòlisi i produïts els 2 ATP, els
piruvats es transformen en àcid làctic per regenerar els coenzims oxidats.
C6H12O6 + 2 (ADP + Pi) ➝ 2 (CH3 - CHOH - COOH) + 2 ATP
Les cèl·lules musculars dels animals també la fan quan es produeix un sobreesforç físic i
es queden sense prou oxigen per catabolitzar l’àcid pirúvic per respiració. L’acumulació de
molt àcid làctic provoca l’acidificacació de les fibres musculars, impedeix la contracció
dels músculs i provoca fatiga muscular.
Eventualment, es transporta de manera gradual a les cèl·lules hepàtiques i, en condicions
aeròbiques, es reconverteix en àcid pirúvic. També es produeix a la córnea, medul·la renal i
al múscul esquelètic
El realitzen també microorganismes com el Lactobacillus casei, Streptococcus lactis,
Leuconostoc citrovorum dels quals s’obtenen productes derivats de la llet (formatge
iogurt i quefir.
Fermentació butírica
Substàncies glucídiques d’origen vegetal com el midó o cel·lulosa es descomponen en
determinats productes com l’àcid butíric, hidrogen, CO2 o substàncies que fan pudor. Bacteris
anaerobis Bacillus amilobacter i Clostridium butiricum. Contribueix a la descomposició de restes
vegetals del sòl.

5. Fermentació pútrida / putrefacció
Els substrats són de naturalesa proteica o aminoàcida, els productes són orgànics i
pudents, indole, cadaverina i escatol, responsables de la pudor de cadàvers d’animals i de
llavors en descomposició. No obstant, els productes d’algunes no són tan desagradables i
s’usen per produir gustos de formatges i vins.
CATABOLISME DELS LÍPIDS
Els triglicèrids (greixos) trobats en el teixit adipòs o en el torrent sanguini es degraden per
lipòlisi en àcids grassos. També podem obtenir àcids grassos, secundàriament, de
fosfolípids.
La lipòlisi consisteix en una hidròlisi dels triglicèrids amb aigua, catalitzada per lipases, es
trenquen els enllaços èster del triglicèrid i l’àcid gras es separa de la glicerina. La glicerina
restant es pot incorporar a la glicòlisi o a l’anabolisme
Els àcids grassos necessiten una via metabòlica anomenada la β-oxidació. En les cèl·lules
eucariotes, aquests han d’entrar als mitocondris. Per entrar, s’uneix a un coenzim A (gasta
dos enllaços fòsfor d’un ATP deixant 1 AMP) i forma un Acil-CoA d’un determinat nombre
de carbonis. Un cop ha entrat a la matriu es pot incorporar a la β-oxidació.
La β-oxidació consisteix en un procés amb una reducció d’un FAD, una hidratació i una
reducció d’un NAD+
. Això resulta en un Acetil-CoA i un Acil-CoA amb 2 carbonis menys
que l’inicial (els quals han anat a l’Acetil-CoA) L’Acil-CoA segueix fent la β-oxidació deixant 1
Acil-CoA per volta i coenzims reduits fins que un Acil-CoA de 4 carbonis fa una última
volta i deixa 2 Acetil-Coa de 2 carbonis cada un.
Acil-CoA (n carbonis) + FAD + H2O + NAD+
+ CoA - SH ➝ Acil-CoA (n-2 carbonis) + 1 FADH2 + NADH+H+
+ Acetil - CoA
ATP ➝ AMP + Pi + Pi
Obtenim tants acetil-CoA com la meitat de carbonis de l’àcid gras, tantes voltes com la
meitat dels carbonis menys 1 i tants NADH+H+
i FADH com voltes. La β-oxidació
consumeix ATP però es torna a guanyar amb els coenzims (cadena respiratòria) i els
Acetils-CoA (enviats al cicle de Krebs i després c.r.).

6. Balanç energètic del catabolisme dels lípids
Activació per entrar al mitocondri: 1 Acil-CoA / àcid gras -2 ATP
β-oxidació: 1 Acil-CoA n-2 / Acil-CoA
1 FADH2 / Acil-CoA
1 NADH / Acil-CoA
1 Acetil-CoA / Acil-CoA
Cicle de Krebs: 3 NADH+H+
/Acetil-CoA
1 FADH2/Acetil-CoA
GTP/Acetil-CoA
Respiració: 3 ATP/NADH + H+
2 ATP/FADH2
Àcid palmític
Activació per entrar al mitocondri: 1 Acil-CoA / àcid palmític -2 ATP
β-oxidació: 7 FADH2
7 NADH+H+
8 Acetil-CoA
Cicle de Krebs: 24 NADH+H+
8 GTP
8 FADH2
Respiració: 93 ATP
30 ATP
Total: 93 ATP + 30 ATP + 8 GTP - 2 ATP = 129 ATP
L’alt rendiment energètic justifica perquè els lípids són uns grans combustibles orgànics i
am un alt valor calòric.
Catabolisme de les proteïnes
Les proteïnes tenen funcions diferents a l’energètica, però, si els aminoàcids es troben en
excés (no es necessita més proteïnes) es poden usar com a font d’energia. En casos de
dejuni prolongat fins i tot es pot fer la proteòlisi. En el catabolisme dels aminoàcids
trobem separació dels grups amino (transaminació i desaminació oxidativa, inhibida per
GTP i ATP i activada per GDP i ADP) i la incorporació de la resta principalment a diversos
components del cicle de Krebs. També pot formar el piruvat o Acetil-CoA.
Sistemes d’energia al teixit muscular
Les fibres musculars (cèl·lules multinucleades llargues) dels músculs tenen miofibril·les
formades per actina i miosina que permeten la contracció muscular amb consum d’ATP.
L’ATP emmagatzemat a les fibres només perdura 5 segons i es necessita generar més a
partir d’altres vies. La molècula de fosfocreatina constitueix una via anaerobia i alàctica, la
qual allibera energia del seu enllaç fòsfor fins a uns 15 segons.
A partir d’aquest moment s’inicia la via anaeròbica làctica: la glicòlisi i la fermentació
làctica. Aquesta via és més ràpida però produeix àcid làctic, l’acumulació del qual provoca
un canvi de pH que afecta als enzims i altera el funcionament normal de les fibres
musculars (els enzims són proteïnes, les quals es desnaturalitzen per canvis de pH).

7. Fins als 30 segons l’obtenció energètica és totalment anaeròbica làctica. Entre els 30 i 90
segons hi ha un període de transició entre la via anaeròbica i la aeròbica. A partir dels 90
segons només hi ha via aeròbica. Aquesta via usa totes les molècules que pot aportar la
sang (glucosa, greixos, proteïnes) i inclou la glicòlisi, el cicle de Krebs i la cadena
respiratòria.