Upload
tiotavio
View
1.959
Download
4
Embed Size (px)
Citation preview
Unitat 1: El metabolisme cel·lular i els enzims
Unitat 2: El catabolisme
Unitat 3: L‘anabolisme autòtrof
Tema 4: L‘anabolisme heteròtrof
1
22
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.
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
33
1. Metabolisme i nutrició
Grànuls de glucogen Gotes lipídiques
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.
44
1. 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
55
1. Tipus de metabolisme cel·lularHi ha 4 tipus:
Font de carboni
CO2 Matèria orgànica
Fo
nt
d’e
nerg
ia
Llum
Reaccionsquímiques
66
1. Tipus de metabolisme cel·lular1i 2 Traspàs d’energia i matèria en el metabolisme
Grànuls de midó en patata
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
7
2. Els biocatalitzadors
Són unes substàncies que augmenten la velocitat (entre 106 i 1012 vegades) d’una reacció química que té lloc en un ésser viu, que, un cop finalitzada, queda intacte.
Tots:• Disminueixen l’energia d’activació• Disminueixen el temps de reacció• Tenen especificitat d’acció• Molt més eficaços que els químics• Són orgànics
8
Des d’un punt de vista energètic es poden dividir en:
* Endergòniques: necessiten d’una prèvia hidròlisi d’ATP. Són de síntesi o anabòliques.
* Exergòniques: Una vegada finalitzades desprenen energia (ATP). Són catabòliques o de degradació i es produeixen de forma espontània.L’ATP pot viatjar lliurement pel citoplasma.
2. Tipus de reaccions químiques cel·lulars
9
* Endergòniques: necessiten d’una prèvia hidròlisi d’ATP. Són de síntesi o anabòliques.
2. Tipus de reaccions químiques cel·lulars
10
3. Els enzims
Són proteïnes d’estructura globular que intervenen en les reaccions químiques del metabolisme cel·lular.
Totes les proteïnes tenen el seu origen en el material genètic (cada organisme fabrica els seus propis enzims):
•Bacteris: tots els enzims d’una via metabòlica estan en un mateix gen.
•Eucariotes: Cada enzim és sintetitzat per un gen.Lisozima amb el seu substracte
11
3. Els enzims
Les molècules orgàniques, amb una estructura interna de carboni, són molt estables i no reaccionen entre elles. Per això necessitem l’activitat enzimàtica
Classificació segons el lloc d’acció:
* Enzims de membrana: D’origen bacterià, típics de mesosomes o membranes internes: - Enzims mitocondrials (crestes) - Enzims cloroplasmàtics tilacoidals
· ATP sintetasa· Citocroms (transportadors e-)· Deshidrogenases del NADH2, etc.
* Enzims globulars solubles: actuen en medis fluids (citoplasma, matriu, estroma o en el medi extracel·lular)
12
3. Els enzims
ATP: hexosa fosfotransferasa
Nom sistemàtic:
Donador Acceptor
Grup transferit
EC 2.7.1.1
Número sistemàtic
EnzymeComission
Grup Subgrup
Sub-subgrup
Enzim
Nom comú: Hexokinasa
13
3. L’activitat enzimàtica3. 1. Mecanisme d’acció
L’especificitat fa que l’enzim E s’uneixi al substrat S com CLAU-PANY.
L’unió es realitza en el centre actiu (part de l’estructura terciària proteica) formant-se el complex enzim-substrat.
Com l’enzim s’allibera intacte, únicament fa falta una petita quantitat.
Hi ha diferències en quan l’especificitat, que pot ser molt alta (un enzim únicament actua sobre un substrat), o baixa (actua sobre un conjunt de substrats semblants)
14
3. L’activitat enzimàtica3.5. Factors que influeixen en l’activitat
enzimàtics: concentració d’enzim
v
[E]
. . . .. . . . . . .
Els enzims segueixen una cinètica lineal
15
3. L’activitat enzimàtica3.5. Factors que influeixen en l’activitat
enzimàtics
S
E
E-S
E-PCicle catalíticd’un enzim
Una cinètica lineal implicaun procés regeneratiu,
cíclic
P
16
3. L’activitat enzimàtica3.5. Factors que influeixen en l’activitat
enzimàtics: Concentració de substrat
Km
Vmax
Representación directa
s
0 20 40 60 80 100
v
0
20
40
60
80
100
17
3. L’activitat enzimàtica3.5. Factors que influeixen en l’activitat
enzimàtics: pH
v
pH
pH òptim: punt isoelèctric
pH de desnaturalització
Això condiciona el lloc on es produeixen les reaccions
18
3. L’activitat enzimàtica3.5. Factors que influeixen en l’activitat
enzimàtics: temperatura
v
Temperatura
Temperatura òptima
Tª de desnaturalitzacióTª d’inactivitat per immobilitatmolecular
A determinades temperatures, els enllaços que estabilitzen l’estructura terciària es trenquen i canvia la conformació espacial que permet realitzar la funció.
19
3. L’activitat enzimàtica3.5. La inhibició dels enzims
Inhibidor: Efector que fa que disminueixi l’actividad enzimàtica, a través d’interaccions amb el centre actiu o altres centres específics (alostèrics).
Aquesta definició exclou tots aquells agents que inactivan a l’enzim a través de desnaturalizació de la molècula enzimàtica
D’aquesta forma, hi haurà dos tipus d’inhibidors:
I. Isostèrics: fan la seva acció sobre el centre actiuII. Al·lostèrics: fan la seva acció sobre una altra part de la molècula, causant un canvi conformacional amb repercusió negativa en l’activitat enzimàtica.
20
4. Els cofactors i els coenzimsa). Cofactor inorgànic
Els cofactors enzimàtics solen ser molècules complexes, que el nostre organisme no pot sintetitzar, en general. Poden ser ions o molècules orgàniques
Per aquesta raó molts cofactors enzimàtics cal que siguin, tot o en part, ingerits amb la dieta; molts d’ellos són, en conseqüència, vitamines.
(Ni tots els cofactors són vitamínics ni totes les vitamines són cofactors enzimàtics)
21
4. Els cofactors i els coenzimsb). Coenzims
O
O
HH
OH
H
OH
CH2
H
OP
O
O-
OP
O
O-
OCH2 N
N
N
N
NH2
OH OH
N
CONH2
+
NAD
Coenzims d’oxidoreducció: transporten àtoms d’hidrogen o electrons. Destaquen: NAD, NADP, FAD i els citocroms
O
O
HH
O
H
OH
CH2
H
OP
O
O-
OP
O
O-
OCH2 N
N
N
N
NH2
OH OH
N
CONH2
P O-O
O-
+
NADP+
22
4. Els cofactors i els coenzims
FMNFlavina O
HH
OH
H
OH
CH2
H
OP
O
O-
OP
O
O-
O N
N
N
N
NH2
CH2
C
C
C
CH2
OHH
OHH
OHH
N
NNH
N
H3C
H3C
O
O
23
4. Els cofactors i els coenzims
Citocromo C
Aquesta molècula està associada a la cadena respiratòria en els mitocondris
24
4. Els cofactors i els coenzims
Coenzim A
O
HH
OH
H
OH
CH2
H
N
N
N
N
NH2
OP
O
O-
OP
O
O-
OH3C CH3
HO H
CN
CN
HS
O
H
O
H
Coenzims de transferència: transporten grups funcionals d’una molècula a l’altra. El Coenzim A transporta grups acil: -CH3-COOH
25
6. Tipus d’enzims1. Oxidoreductases
Són les que duen a terme l’oxidació o reducció de les substàncies gràcies a la transferència d’electrons o d’àtoms d’hidrogen.
Tipus diferents:
1. Deshidrogenases
2. Oxidases
3. Peroxidases
4. Oxigenases
5. Hidroxilases
6. Reductases
26
6. Tipus d’enzims1. Oxidoreductases
Ared + Box Aox + Bred
A : és el reductor o donador electrònic; en el cursde la reacció s’oxida (perd electrons)
B : és l’oxidant o acceptor electrònic; en el cursde la reacció es redueix (guanya electrons)
27
6. Tipus d’enzims2. Transferases
Catalitzen reaccions de transferència de grup:
A-X + B A + B-X
Donador: Acceptor - Grup transferit - transferasa
ATP: D-Hexosa Fosfotransferasa EC 2.7.1.1
Nom comú: hexokinasa 2.1.-.- Grupos monocarbonados2.2.-.- Grupos aldehido o ceto2.3.-.- Aciltransferasas2.4.-.- Glicosiltransferasas2.5.-.- Alquil- o Ariltransferasas2.6.-.- Grupos nitrogenados2.7.-.- Grupos fosfato2.8.-.- Grupos sulfato
Grups de transferència
28
6. Tipus d’enzims3. Hidrolases
Catalitzen reaccions d’hidròlisi
A-B + H2O A-OH + H-B
No es solen utilitzar noms sistemàtics en leshidrolases. Moltes d’elles conserven el nomprimitiu: Tripsina, Pepsina, Papaina, etc.
29
6. Tipus d’enzims4. Liases
Catalitzen reaccions reversibles d’adicció d’un grup aun doble enllaç:
A=B + X AXB
COO-
CH
CH
COO-
H2O COO-
CH
CH2
COO-
HO
Fumarato(trans-)
L-Malato
- Descarboxilases- Aldolases- Anhidrasa carbónica- Adenilato ciclasa
30
6. Tipus d’enzims5. Isomerases
Catalitzen reaccions d’isomerització
Algunes reaccions isomeràsiques:
- Racemases- Oxidorreductases intramoleculars- Mutases o transferases intramoleculares
31
6. Tipus d’enzims6. Ligases
Catalitzen la unió de dos grups químics a expenses de l’hidròlisi d’un enlllaçe d’alta energia.
A + B + ATP A-B + ADP + Pi
O bé
C + D + ATP C-D + AMP + PPi
- Aminoacil-tRNA sintetases- Glutamina sintetasa- Carboxilases