TEMA 1.1 INTRODUCCIÓ AL METABOLISME BIOLOGIA

1. L’ordre a partir del desordre a. Matèria viva té alt grau d’ordenaciób. La matèria viva s’ordena captant energia de l’entorn i retornant-la en una forma desordenadac. Desordenen l’entorn per ordenar-se a sí mateixos (2n principi de termodinàmica). Incrementen

l’entropia de l’entorn per disminuir la seva entropia.d. (∆Entropiaésser viu)+ (∆Entropiaentorn) ˃ 0e. L’energia procedeix de

i. radiació solar per processos fotosintèticsii. energia dels enllaços per a la resta d’organismes

f. Si s’atura l’entrada d’energia, l’ordenació de la matèria viva disminueix fins arribar a l’equilibri amb el seu entorn.

2. Concepte de metabolisme a. Definició: és el conjunt d’intercanvis i transformacions de

matèria i energia que tenen lloc en un ésser viub. Tipus:

i. Catabolisme: degradació (oxidativa) de molècules complexes per obtenir energia, poder reductor i metabòlits intermediaris.

ii. Anabolisme: biosíntesi de macromolècules a partir de metabòlits simples, amb el consum d’energia i poder reductor. Segueix diferents estratègies segons quina sigui

Anabolisme i catabolisme estan relacionats amb metabòlits intermediaris. Un en depèn de l’altre, ja que el metabolisme intermediari acobla reaccions catabòliques i anabòliquesEns interessa el anabolisme, però sense el catabolisme, no hi ha anabolisme. L’ H2O i CO2 són productes de rebuig per augmentar el desordre en el medi

3. Característiques del metabolisme a. L’estratègia bàsica del metabolisme intermediari és formar

ATP, poder reductor i aprofitar-los per formar biomolècules necessàries per a la cèl·lula (anabolisme) i sostenir la seva activitat

b. S’organitza en vies metabòliques: seqüències de reaccions que relacionen 2 metabòlits importants. Les vies metabòliques poden ser convergents (típiques en catabolisme), divergents (típiques en anabolisme) o cícliques (presents en l’anabolisme i catabolisme)

c. Totes les reaccions de les vies metabòliques estan catalitzades enzimàticament

d. Les vies metabòliques principals estan relacionades amb vies secundariese. Cada via té lloc en un compartiment cel·lular concret (lloc on es troben els enzim específics de la viaf. L’ATP és l’intercanviador d’energia universal: emmagatzema en els seus enllaços l’energia de

reaccions catabòliques i cedir-la a les reaccions anabòliquesg. L’energia lliure de les vies ha de ser negativa: gràcies als processos acoblats, l’energia lliure d’un

procès pot augmentar, sempre i quan l’energia lliure d’un altre disminueixi tant o més.h. El NADPH és el principal donador d’electrons en els biosíntesis reductores: en la majoria de vies

anabòliques, els productes finals estan més reduïts que els inicials. Llavors, a més d’energia (ATP), també es necessita un poder reductor (NADPH o NAD)

i. Les biomolècules d’una cèl·lula es construeixen a partir d’una sèrie relativament petita de precursors. Les vies principals són punts d’encreuament del catabolisme i anabolisme

j. Les molècules s’activen (es carreguen d’energia) en iniciar una via, mitjançant un enllaç d’alta energia. Ara, quan la molècula s’hidrolitzi per l’enllaç fosfodièster, es desprendrà molta energia. (qualsevol enllaç a un fosfat és un enllaç d’alta energia)

Les vies de síntesi i degradació que relacionen un mateix parell de metabòlits, són vies independents. D’aquesta manera, el sentit de les

TEMA 1.1 INTRODUCCIÓ AL METABOLISME BIOLOGIA

vies metabòliques està controlat per l’activitat d’enzims clau i no per la concentració de substrats (reactius) i productes. Per la síntesi de A – B – C – D – E, s’activa l’enzim E1, i per la seva degradació serà al revés però amb els passos canviats (P – D → C ˃ B ┐ A) i amb l’activació d’ un altre enzim (E2)

4. Molècules intercanviadores d’energia a. Habitualment, les reaccions catabòliques i anabòliques no estan acoblades directament. L’energia

alliberada en les reaccions catabòliques és emmagatzemada en forma d’enllaç químic en un grup de molècules transportadores d’energia activades, que contenen un o més enllaços d’alta energia que actuen d’intercanviadors d’energia, transportant-la des dels llocs de la cèl·lula i les reaccions en què es genera, fins als llocs i reaccions en què s’utilitzi per a la biosíntesi o les activitats cel·lulars

b. L’acoblament es pot fer:i. directament entre la reacció anabòlica (endergònica) i la

hidròlisi de l’ATPii. En 2 fases:

1. 1a fase: activació d’un dels substrats de la reacció per la formació d’un enllaç d’alta energia a partir d’una molècula intercanviadora d’energia

2. 2a fase: hidròlisi de l’enllaç d’alta energia força la reacció anabòlicac. Grups de molècules intercanviadores:

i. ATP i nucleòtids trifosfatats1. Característiques

a. Pot hidrolitzar-se en ADP alliberant energia en una reacció catabòlica (exergònica) o sintetitzar-se a partir d’ADP en una reacció anabòlica (endergònica)

b. El GTP, UTP o CTP poden sintetitzar-se per acoblament amb la hidròlisi d’ATP2. Estratègies de síntesi d’ATP (com subministren les cèl·lules l’ATP)

a. Fosforilació a nivell de substrat: la síntesi d’ATP, anabòlica, s’acobla a una reacció catabòlica, de forma que s’aprofita l’energia alliberada per fer favorable la fosforilació de l’ADP. És a dir, acoblar una reacció endotèrmica

b. Fosforilació oxidativa: mitjançant el transport d’electrons des de molècules de l’altre grup d’intercanviadors energètics, els nucleòtids reduïts (NADH i FADH2) fins una molècula acceptora d’electrons a través d’una cadena de transport d’electrons a favor de gradient d’energia lliure (A ha de tenir el potencial redox (-), B ha de tenir encara més negatiu, C molt més negatiu, etc.). Aquest procès s’acobla a la generació d’un gradient electroquímic de protons que servirà per sintetitzar l’ATP

c. Fotofosforilació: mitjançant el transport d’electrons des d’una molècula donadora fins a una acceptora, a través d’una cadena de transport d’electrons. En aquest cas, el transport d’electrons és contra gradient d’energia lliure i és impulsat per l’energia lluminosa.

ii. NADH i NADPH (coenzims reduïts) 1. Aquests transportadors d’electrons s’agrupen en 2 famílies:

a. Flavín-nucleòtids (FADH2 i FMN), derivats de la vitamina B2b. Nicotín-nucleòtids (NADH i NADPH), derivats de la vitamina B6c. Característiques:

i. Són intercanviadors especialitzats en el transport d’electrons rics en energia que participen en reaccions acoblades d’oxidoreducció, emmagatzemant els electrons alliberats en reaccions catabòliques (oxidatives) i subministrant aquests electrons (poder reductor) a les reaccions anabòliques (reductives).

ii. Els electrons que acumulen són d’alta energia i poden ser utilitzats per obtenir energia en forma d’ATP, mitjançant cadenes de transport electrònic (fosforilació oxidativa i fotofosforilació).

iii. També actuen com a intercanviadors energètics

TEMA 1.1 INTRODUCCIÓ AL METABOLISME BIOLOGIA

5. Regulació del metabolisme a. Definició: és un procès, complex però clau, per evitar que una via es doni en un moment i/o cèl·lula

inadequat o que es donin simultàniament dues vies oposadesb. Nivells de regulació metabòlica

i. Nivell molecularii. Nivell cel·lular

iii. Nivell somàtic