Catabolisme: Obtenció d'Energia i Tipus

El Catabolisme

El catabolisme és la fase degradativa del metabolisme amb la finalitat d'obtenir energia. Els organismes necessiten energia per moure's, fer reaccions químiques de síntesi, mantenir la temperatura, per a la reproducció, homeòstasi, etc.

Fonts d'Energia

• Proteïnes (4,2 kcal/g): S'usen en casos d'emergència.
• Àcids nucleics (4,2 kcal/g): S'usen en casos d'emergència.
• Glúcids (4,2 kcal/g): Font d'energia més immediata.
• Lípids (9,5 kcal/g): Fàcils d'acumular i fan de reserva energètica.

Producció d'Energia en el Catabolisme

Obtenim energia mitjançant el trencament d'enllaços i la creació de noves molècules.

Reaccions Catabòliques Redox

Les reaccions catabòliques són reaccions de transferència d'electrons. L'espècie que s'oxida (perd electrons) s'anomena reductor i la que es redueix (guanya electrons) és l'oxidant.

Alliberació Gradual d'Energia en el Catabolisme

L'energia s'allibera a poc a poc (gradualment) i pot emmagatzemar-se en enllaços d'ATP en forma d'energia química.

Tipus de Catabolisme

• Respiració: Intervé una cadena de transport d'electrons. Això permet transferir electrons procedents de la matèria orgànica (MO) a l'acceptor final (matèria inorgànica, MI).
  • Respiració aeròbica: L'acceptor final és l'O₂.
  • Respiració anaeròbica: L'acceptor final és diferent de l'O₂.
• Fermentació: No hi ha cadena de transport d'electrons. Els electrons passen d'un compost orgànic a un altre més senzill.

Catabolisme per Respiració

Catabolisme Respiratori dels Glúcids (Exemple: Glucosa)

En la cèl·lula eucariota, la glicòlisi té lloc al citosol, i la respiració en els mitocondris (cicle de Krebs a la matriu mitocondrial i transport d'electrons a les crestes mitocondrials). En la cèl·lula procariota, la glicòlisi i el cicle de Krebs tenen lloc al citosol, i el transport d'electrons a la membrana plasmàtica.

Glicòlisi

És la fase prèvia a la respiració (compartida amb la fermentació). És un conjunt de reaccions que degraden la glucosa i la transformen en dues molècules d'àcid pirúvic. Té lloc al citoplasma de la cèl·lula eucariota. Per evitar que la glicòlisi s'aturi per excés d'àcid pirúvic i NADH + H⁺ o per falta de NAD⁺, es necessiten altres vies que eliminin els productes obtinguts i recuperin els substrats imprescindibles. La respiració i la fermentació produeixen NAD⁺.

Cicle de Krebs (1a Etapa de la Respiració)

Es produeix a la matriu mitocondrial. Cal descarboxilar el piruvat, que es transforma en Acetil-CoA (perd CO₂ per descarboxilació) i perd dos hidrògens (deshidrogenació), formant NADH + H⁺. L'ió acetat (CH₃-COO^-) s'uneix al Coenzim A. L'objectiu és degradar els grups acetil (CH₃-COO^-) aportats per l'Acetil-CoA. Hi ha una interdependència entre el cicle de Krebs i la cadena respiratòria respecte als coenzims NAD⁺ i FAD. El balanç energètic disminueix, però posteriorment, a partir dels FADH₂ i els NADH + H⁺, s'obtindrà molta energia. Per degradar una molècula de glucosa, calen dues voltes del cicle de Krebs.

Transport d'Electrons en la Cadena Respiratòria (2a Etapa de la Respiració)

És la segona i última etapa de la respiració. La finalitat és oxidar els coenzims reduïts (NADH + H⁺ o FADH₂) i fer servir l'energia que contenen per sintetitzar ATP. Té lloc a la membrana de les crestes mitocondrials (eucariotes) o a la membrana interna cel·lular (procariotes). Consta de tres etapes:

1. Transport d'electrons: Situat a la membrana interna del mitocondri o a la membrana interna de la cèl·lula procariota. Els electrons dels NADH + H⁺ o FADH₂ passen per diferents molècules proteiques, deixant NAD⁺ i FAD disponibles. La ubiquinona (comunica els complexos I i II) es mou, i el citocrom c (comunica els complexos III i IV) també és un complex proteic.
2. Quimiosmosi: L'energia perduda pels electrons s'usa per bombejar H⁺ a l'exterior (espai intermembranal), on s'acumulen. Quan hi ha un augment de concentració, tornen a la matriu per uns canals que tenen ATP-sintetasa.
3. Fosforilació oxidativa: Unió d'ADP + grup fosfat per formar ATP.

1 NADH + H⁺ --> 3 ATP (3 bombaments de 2H⁺)

1 FADH₂ --> 2 ATP (2 bombaments de 2H⁺)

ΔG < 0 --> Augment d'entropia --> Reacció exotèrmica --> Eficiència elevada (40,38%) --> 38 ATP (7,3 Kcal/mol = 277,4 kcal/mol).

Balanç Global de la Respiració de la Glucosa

• Citoplasma:
  • Glicòlisi: 2 ATP
• Mitocondri:
  • NADH + H⁺ procedent de la glicòlisi: 2 (NADH + H⁺) x 3 = 6 ATP
  • Àcid pirúvic --> Acetil-CoA: 2 (NADH + H⁺) x 3 = 6 ATP
  • Cicle de Krebs: 6 (NADH + H⁺) x 3 = 18 ATP; 2 (FADH₂) x 2 = 4 ATP; 2 GTP = 2 ATP

TOTAL: 38 ATP