Catabolisme aeròbic

Enviado por Programa Chuletas y clasificado en Biología

Escrito el en catalán con un tamaño de 25,1 KB

 

Els glúcids com a font d’energia:


glucosa-maltosa. Animal: glicogen. Vegetal: amilosa+amilopectina--mido. Glucosa tipus beta-cel·lulosa.

Els lípids com a font d’energia:

Els lípids com a reserva energètica que més s’utilitzen són els acilglicèrids (olis vegetals i greixos animals). Donen més energia que els glúcids i proteïnes perquè estan constituïts bàsicament per carboni i hidrogen mentre que els altres per un percentatge elevat d’oxigen. Això provoca que quan vols formar CO2 el nombre d’enllaços que s’han de trencar en els lípids és més gran i en oxidar-los s’allibera més energia.

Concepte de catabolisme

Catabolisme


És la fase degradant del metabolisme que té com a finalitat l’obtenció d’energia. A les vies catabòliques, les molècules orgàniques inicials es transformen en altres de més senzilles, que a continuació es transformen en altres de més petites, i així fins a transformar-se ens els productes finals del catabolisme. L’energia alliberada és emmagatzemada en els enllaços risc en energia de l’ATP.

Síntesi d’ATPFosforilació al nivell del substrat

. És la síntesi d’ATP gràcies a l’energia que s’allibera del substrat quan es trenca algun dels seus enllaços rics en energia. Els enzims que regulen aquests processos s’anomenen quinases.

Per mitjà d’enzims del grup de les ATP-sintetases

. És la síntesi d’ATP per mitjà d’uns enzims especials anomenats ATP-sintetases que hi ha a les crestes dels mitocondris i als tilacoides dels cloroplasts, quan un flux de protons travessa aquets enzims.

La producció d’energia en el catabolisme

Les reaccions catabòliques alliberen energia perquè l’energia lliure (G) dels reactius és més gran que l’energia lliure productes ( G = -)
. Hi haurà més energia lliure com és energia hi hagi en els enllaços químics interns de les molècules i com menor sigui el grau de desordres d’aquestes.El motiu pel qual uns enllaços tenen menys energia que d’altres és perquè els electrons que els formen passen a estar més a prop dels nuclis atòmics i, per tant, com és a prop del nucli està un electró, menys energia.
Un àtom cedeix o comparteix electrons perquè un altre l’atrau amb més força, és a dir, és més electronegatiu.
(tenen 7, 6 o 5 electrons a l’últim orbital i necessiten arribar a  


8)

RESPIRACIÓ DE LA GLUCOSA:

 en la glucosa els carbonis i hidrògens tenen a l’últim orbital la meitat dels electrons que necessiten per completar-lo (4 i 1) i en el cas de l’oxigen necessita 2e per completar-lo. En presència d’oxigen la glucosa hi reacciona a causa de la forta electronegativitat de l’oxigen.  L’àtom d’oxigen atrau dos electrons d’un àtom de carboni i forma un doble enllaç; i un altre àtom d’oxigen fa el mateix i forma el CO2.
El mateix passa quan l’oxigen capta un electró de dos àtoms d’hidrogen i forma H2O.
Aquests electrons ara estan compartits amb l’oxigen que els atrau al nucli, per tant, tenen menys energia. Això provocarà que s’alliberi energia a l’exterior. 

Les reaccions catabòliques són reaccions redox

Les reaccions de transferències d’electrons, com la respiració de la glucosa, s’anomenen reaccions d’oxidació o reaccions redox.
La pèrdua d’electrons s’anomena oxidació i el guany d’electrons s’anomena reducció (es perd càrrega positiva). Perquè hi hagi oxidació hi ha d’haver-hi reducció i viceversa. La substància que provoca que una altre s’oxidi s’anomena agent oxidant i la que provoca que una altra es redueixi s’anomena agent reductor (en l’exemple l’agent reductor és la glucosa)

L’alliberació gradual d’energia en el catabolisme

Les reaccions de combustió de matèria orgànica són gairebé les mateixes que la respiració de la glucosa (catabolisme)  però amb la diferència que en el catabolisme l’energia no s’allibera de manera sobtada i en forma de calor (provocaria la mort de l’organisme) sinó que s’allibera de manera gradual i en forma d’energia química, és a dir, l’energia s’emmagatzema en els enllaços químics de l’ATP. En el catabolisme hi ha moltes reaccions successives i cadascuna es catalitza per un enzim.
Els electrons de la glucosa no passen directament a l’oxigen sinó que viatgen en l’àtom d’hidrogen a través del coenzim NAD+ (transportador d’hidrògens).  En aquesta reacció hi intervé un enzim deshidrogenant que treu dos electrons(e-) i dos protons (H+) i els passa al NAD+ que es redueix a NADH i deixa un protó lliure al mig.El coenzim NADH passa els electrons a una cadena transportadora d’electrons.
Està formada per unes  


proteïnes anomenades citocroms que esta situades de manera ordenada en membranes (ex: crestes mitocondrials).  Els electrons passen d’un citocrom a un altre i cada vegada es van acostant més al nucli. L’energia que s’allibera serveix per fosforilar l’ADP i formar molècules d’ATP. Finalment els electrons són transferits a àtoms d’oxigen al quals s’uneixen els protons lliures i es forma aigua.

Tipus de catabolismeRESPIRACIÓ

Intervé la cadena transportadora d’electrons. Permet transferir electrons de matèria orgànica a un compost inorgànic.

Respiració aeròbica:

es redueix el O2 per mitjà de l’acceptació d’electrons i protons.

Respiració anaeròbica

Substància diferent a l’oxigen molecular (ió nitrat, ió sulfat, etc.

FERMENTACIÓ:

NO intervé la cadena transportadora d’electrons. Provoca que no es puguin transferir els electrons a la matèria orgànica i que al final sempre quedi un compost orgànic.

EL CATABOLISME PER RESPIRACIÓEl catabolisme respiratori dels glúcids

Els polisacàrids s’hidrolitzen i es degraden primer en disacàrids i després en monosacàrids (la glucosa és el més important).

Glicòlisi:

És la primera fase del catabolisme de la glucosa. La glucosa (C6H12O6) es divideix en dues molècules d’àcid pirúvic (CH3-CO-COOH).L’energia alliberada s’utilitza per sintetitzar dues molècules d’ATP a través d’una fosforilació del substrat.
Té dues fases:FASE CONSUM D’ENERGIA: Per cada glucosa es consumeixen 2 ATP.FASE PRODUCCIÓ D’ENERGIA: Per cada glucosa es produeixen 4 ATP i 2 NADH+H+.  Entren dos NAD+ que accepten  4 electrons i 4 protons, és a dir, 4 hidrògens procedents de la glucosa i que passen a forma dos NADH + H+. Això implica que després de la glicòlisi ha d’haver-hi una via metabòlica que oxidi els NADH + H+ i regeneri els NAD+. Per tant, ha d’haver-hi una interdependència respecte del coenzim NAD+.
El balanç global és que s’obtenen 2 ATP, 2 NADH+H+ i 2 àcids pirúvics + 2 H2O.

Primera etapa de la respiració: el cicle de Krebs

L’àcid pirúvic produït en la glicòlisi per poder ser oxidat per respiració ha d’entrar als mitocondris perquè només allà hi ha els enzims necessaris. Com que l’àcid pirúvic


(CH3-CO-COOH) esta en forma d’ió piruvat (CH3-CO-COO-) no pot travessar la membrana sense l’ajut d’una proteïna per mitjà de transport actiu.
Per entrar en el cicle de Krebs s’ha de transformar en acetil-S-coenzim A.
Aquest procés el fa un conjunt d’enzims i coenzims anomenat SISTEMA PIRUVATDESHIDROGENASA, canvis químics:

Descarboxilació

Pèrdua del grup carboxil que surt en forma de CO2.

Deshidrogenació

Pèrdua de dos hidrògens que són acceptats per un NAD+ que es redueix a NADH + H+.
Unió del ió acetat (CH3-COO-)
resultant a un coenzim A, així es forma un acetilcoenzim A, que es podrà incorporar al cicle de Krebs.
CICLE DE KREBS o cicle de l’àcid cítric: via metabòlica que es duu a terme a la matriu mitocondrial en la qual els grups acetil (CH3-COO-) són degradats completament. Com que per cada glucosa es formen 2 molècules d’àcid pirúvic són necessàries dues voltes al cicle per degradar 1 glucosa.Els 2 carbonis donen lloc a 2 CO2.
Els hidrògens són captats per coenzims 3 NAD+ i 1 FAD, que passen a les seves formes reduïdes 3 NADH +  3H+ i 1  FADH2.
L’energia alliberada s’inverteix a sintetitzar una molècula de GTP que equival a una molècula d’ATP.
Molt baixa degut a que la resta d’energia s’inverteix a produir 3 NADH i 1 FADH2.En els productes hi ha dos àtoms de Hi un àtom de O de més degut a que quan s’uneix el GDP i el Pi, apart de GTP també és forma 1 H2O.

Segona etapa de la respiració: el transport d’electrons en la cadena respiratòria

TRANSPORT D’ELECTRONS EN LA CADENA RESPIRATÒRIA:


és la segona i última etapa de la respiració. Té com a finalitat l’oxidació dels coenzims reduïts (NADH i FADH2) produïts en les etapes anteriors perquè puguin tornar a ser utilitzat i fer servir l’energia que contenen per sintetitzar ATP. Processos:

El transport d’electrons

La cadena transportadora d’electrons o cadena respiratòria està formada per una sèrie de molècules (bàsicament proteiques) situades de manera ordenada en la membrana interna del mitocondri de les cèl·lules eucariotes o a la membrana plasmàtica de les cèl·lules procariotes. La cadena respiratòria són 4 grans complexos proteics (I, II, III, IV)
que quan hi arriben el NADH deixa un electró al complex proteic i el FADH2 en deixa un en el II. Després una molècula lipídica, la ubiquinona (Q)
es desplaça entre la doble capa lipídica


i transporta els electrons fins al complex III. Allà una petit proteïna, el citocrom c es desplaça per la cara interna i transporta els electrons fins al complex IV.

Quimioosmosi

L’energia perduda pels electrons s’utilitza per bombejar protons (H+) de la matriu mitocondrial a l’espai intermembranal a través dels complexos proteics. Allà s’acumulen i perquè no hi hagi un excés de diferència de potencial els protons tornen a la matriu per mitjà d’uns canals que presenten uns enzims de la membrana anomenats ATP-sintetases (igual que l’osmosi però amb ions).

Fosforilació oxidativa

Les ATP-sintetases estan formades per quatre subunitats de polipèptids, es mouen quan els protons hi passen per anar a la matriu mitocondrial. Això provoca que es produeixi la unió entre una molècula d’ADP i un grup fosfat.

Balanç energètic del catabolisme per respiració de la glucosa:

1 NADH ----- 3 ATP 1 FADH2----- 2 ATP El catabolisme dels lípids
Els lípids tenen molta importància com a combustibles orgànics, pel seu alt valor calòric  (líp: 9’5 kcal/g, prot: 4,3 kcal/g, glu: 4,2 kcal/g) La principal via metabòlica d’obtenció d’energia a partir dels lípids és l’oxidació àcids grassos, que procedeixen de la hidròlisi amb la lipasa dels triacilglicèrids (trenquen enllaços ester)
. Com que són apolars es poden acumular sense contenir aigua. La glicerina que s’obté es combina amb un grup fosfat i després perd dos hidrògens i es transforma en dihidroxiacetona-3-fosfat.
Aquest compost pot incorporar-se a la glicòlisi o en una via anabòlica pot servir per sinteitzar glucosa. En canvi, els àcis grassos necessiten una via especial anomenada la
-oxidació dels àcids grassos.L’oxidació dels àcids grassos:
Els àcids grassos per catabolitzar-se per respiració han d’entrar en els mitocondris on hi ha els enzims capaços de dur a terme la
-oxidació dels àcids grassos o hèlix de Lynen.
Com que els àcids grassos no poden travessar la membrana mitocondrial, primer s’uneixen a coenzims A gràcies a un enzim que hi ha a la membrana externa mitocondrial. D’aquest procés s’anomena activació de l’àcid gras.
Els FADH2 i els NADH + H+ van a la cadena respiratòria i els acetilcoenzims A van al cicle de Krebs.

El catabolisme de les proteïnes

Les proteïnes no tenen funció energètica, però els seus components, els aminoàcids, si es troben en excés i ja no poden sintetitzar més proteïnes, s’utilitzen com a font d’energia.Processos:

SEPARACIÓ DELS GRUPS AMINO:

es fa per mitjà de dues reaccions:

Transaminació:

traspàs del grup amino d’un aminoàcid a un -cetoàcid, normalment a l’àcid

-cetoglutàric

Aquest procés està catalitzat per els enzims transaminases que es troben en el citosol i els mitocondris de les cèl·lules.

Desaminació oxidativa:

separació del grup amino d’un aminoàcid  (àcid glutàmic)
I la seva alliberació al medi aquós com a amoníac. D’aquesta manera es regenera l’àcid

-cetoglutàric

Aquest procés està catalitzat per l’enzim glutamat-deshidrogenasa (té com inhibidors el GTP i l’ATP i com activadors el GDP i l’ADP). La situació energètica inhibeix o activa aquesta via.

TRANSFORMACIÓ DE LA RESTA RESULTANT EN ÀCID PIRÚVIC, ACETILCONZIM A O EN ALGUN COMPOST DEL CICLE DE KREBS

D’aquesta manera la cadena hidrocarbonada serà completament degradada. Varia segons el tipus d’aminoàcid.

ELIMINACIÓ DELS GRUPS AMINOS

Els grups aminos alliberats (-NH2) formen amoníac (NH3) que, a l’aigua dóna lloc a ió amoni (NH4+). L’ió amoni és molt tòxic ja que augmenta el pH i, per tant, ha de ser eliminat o transformat en altres substàncies.
Animals amoniotèlics (invertebrats i peixos d’aigua dolça): com que per osmosi han d’absorbir aigua, l’ió amoni no arriba a concentracions perilloses i s’excreta així directament.
Animals ureotèlics (mamífers i peixos d’aigua salada): l’amoníac es transforma en urea a les cèl·lules del fetge que és menys tòxic.
Animals uricotèlics (rèptils, insectes i ocells): com que l’estalvi d’aigua és molt important, s’excreta el nitrogen en forma d’àcid úric, que com que és menys tòxic que la urea pot estar més concentrat.

El catabolisme per respiració dels àcids nucleics

Els àcids nucleics són degradant fins a nucleòtids en el tub digestiu (mucosa duodenal i pàncrees) i posteriorment altres enzims els trenquen en pentoses, àcids fosfòrics i bases nitrogenades.Les pentoses per degradar-se segueixen la via dels glúcids.L’àcid fosfòric una part s’excreta coma ió fosfat (PO43+) i l’altra s’utilitza per la síntesi d’ATP i de nous nucleòtids .Les bases nitrogenades s’utilitzen per sintetitzar nous nucleòtids o es degraden fins a àcid úric, urea o amoníac, que després són excretats.Les bases púriques provoca són catabolitzades i formen d’àcid úric que s’excreta o es transforma.Les bases pirimidíniques són catabolitzades i donen lloc a urea o amoníac.

EL CATABOLISME PER FERMENTACIÓFERMENTACIÓ:

és un procés catabòlic en el qual, a diferència de la respiració, no intervé la cadena respiratòria. Característiques:És un procés anaeròbic perquè no pot utilitzar l’oxigen de l’aire com a acceptor d’electrons, com succeeix en la respiració aeròbica.
L’acceptor final d’electrons i protons sempre és un compost orgànic, en comptes de ser una molècula inorgànica com la respiració. Per això entre els productes sempre hi ha algun compost orgànic i és aquest el que caracteritza el tipus de fermentació (alcohòlica, làctica, butírica o pútrida).
Només hi ha síntesi d’ATP al substrat perquè no intervenen les ATP-sintetases. Per tant, les fermentacions tenen una baixa producció energètica. Normalment es sintetitzen uns 2 ATP.


Les proteïnes no tenen funció energètica, però els seus components, els aminoàcids, si es troben en excés i ja no poden sintetitzar més proteïnes, s’utilitzen com a font d’energia.Processos:

SEPARACIÓ DELS GRUPS AMINO:

es fa per mitjà de dues reaccions:

Transaminació:

traspàs del grup amino d’un aminoàcid a un -cetoàcid, normalment a l’àcid

-cetoglutàric

Aquest procés està catalitzat per els enzims transaminases que es troben en el citosol i els mitocondris de les cèl·lules.

Desaminació oxidativa:

separació del grup amino d’un aminoàcid  (àcid glutàmic)
I la seva alliberació al medi aquós com a amoníac. D’aquesta manera es regenera l’àcid

-cetoglutàric

Aquest procés està catalitzat per l’enzim glutamat-deshidrogenasa (té com inhibidors el GTP i l’ATP i com activadors el GDP i l’ADP). La situació energètica inhibeix o activa aquesta via.

TRANSFORMACIÓ DE LA RESTA RESULTANT EN ÀCID PIRÚVIC, ACETILCONZIM A O EN ALGUN COMPOST DEL CICLE DE KREBS

D’aquesta manera la cadena hidrocarbonada serà completament degradada. Varia segons el tipus d’aminoàcid.

ELIMINACIÓ DELS GRUPS AMINOS

Els grups aminos alliberats (-NH2) formen amoníac (NH3) que, a l’aigua dóna lloc a ió amoni (NH4+). L’ió amoni és molt tòxic ja que augmenta el pH i, per tant, ha de ser eliminat o transformat en altres substàncies.
Animals amoniotèlics (invertebrats i peixos d’aigua dolça): com que per osmosi han d’absorbir aigua, l’ió amoni no arriba a concentracions perilloses i s’excreta així directament.
Animals ureotèlics (mamífers i peixos d’aigua salada): l’amoníac es transforma en urea a les cèl·lules del fetge que és menys tòxic.
Animals uricotèlics (rèptils, insectes i ocells): com que l’estalvi d’aigua és molt important, s’excreta el nitrogen en forma d’àcid úric, que com que és menys tòxic que la urea pot estar més concentrat.

El catabolisme per respiració dels àcids nucleics

Els àcids nucleics són degradant fins a nucleòtids en el tub digestiu (mucosa duodenal i pàncrees) i posteriorment altres enzims els trenquen en pentoses, àcids fosfòrics i bases nitrogenades.Les pentoses per degradar-se segueixen


la via dels glúcids.L’àcid fosfòric una part s’excreta coma ió fosfat (PO43+) i l’altra s’utilitza per la síntesi d’ATP i de nous nucleòtids .Les bases nitrogenades s’utilitzen per sintetitzar nous nucleòtids o es degraden fins a àcid úric, urea o amoníac, que després són excretats.Les bases púriques provoca són catabolitzades i formen d’àcid úric que s’excreta o es transforma.Les bases pirimidíniques són catabolitzades i donen lloc a urea o amoníac.

EL CATABOLISME PER FERMENTACIÓFERMENTACIÓ:

és un procés catabòlic en el qual, a diferència de la respiració, no intervé la cadena respiratòria. Característiques:És un procés anaeròbic perquè no pot utilitzar l’oxigen de l’aire com a acceptor d’electrons, com succeeix en la respiració aeròbica.
L’acceptor final d’electrons i protons sempre és un compost orgànic, en comptes de ser una molècula inorgànica com la respiració. Per això entre els productes sempre hi ha algun compost orgànic i és aquest el que caracteritza el tipus de fermentació (alcohòlica, làctica, butírica o pútrida).
Només hi ha síntesi d’ATP al substrat perquè no intervenen les ATP-sintetases. Per tant, les fermentacions tenen una baixa producció energètica. Normalment es sintetitzen uns 2 ATP.

Entradas relacionadas: