Enzims, vitamines i metabolisme: guia de bioquímica

Models d’unió
- Model clau-pany: el centre actiu és complementari al substrat.
- Model d’ajust induït: la unió amb el substrat provoca un canvi en la forma de l’enzim.

3. Apoenzims, cofactors i holoenzims
- Apoenzim: part proteica de l’enzim; si necessita cofactor, és inactiva sense aquest.
- Cofactor: part no proteica necessària per al funcionament.
- Holoenzim: apoenzim + cofactor = forma completa i funcional.
Els cofactors poden ser:
- inorgànics: ions metàl·lics.
- orgànics: coenzims.
- Coenzim: s’uneix temporalment a l’enzim i participa en la transferència d’àtoms.
- Grup prostètic: cofactor unit de manera permanent a l’enzim.

Coenzim

Molècula orgànica no proteica que ajuda l’enzim a fer la seva funció.
Els coenzims poden:
- transportar electrons i protons: NAD⁺, FAD;
- transportar grups fosfat: ATP;
- transportar grups acil: coenzim A;
- transportar altres grups químics.

4. Tipus d’enzims segons la reacció
Oxidoreductases: COO^- → COOH
Transferases: transfereixen grups, p. ex. -PO₃^2-
Hidrolases: H₂O →
Liases: trenquen o formen enllaços sense H₂O
Isomerases: transformen un isòmer en un altre (fosfat: PO₃H₂)
Ligases: unen molècules amb consum d’ATP (NH₂)

5. Factors que afecten l’activitat enzimàtica
- Temperatura: l’activitat augmenta amb la temperatura fins a arribar a una òptima. Si continua augmentant, l’enzim es desnaturalitza i perd la funció.
- pH: cada enzim té un pH òptim. Si s’allunya molt, canvia la forma del centre actiu i disminueix l’activitat.

Concentració de substrat: una K_m baixa indica una afinitat elevada entre l’enzim i el substrat.
- Inhibició competitiva: l’inhibidor s’assembla al substrat i competeix pel centre actiu. Es pot compensar augmentant la concentració de substrat (K_m ↑, V_max sense canvi).
- Inhibició no competitiva: l’inhibidor s’uneix a un lloc diferent del centre actiu i modifica la forma de l’enzim (V_max ↓, K_m sense canvi).
- Inhibició irreversible: l’inhibidor s’uneix permanentment a l’enzim i n’anul·la l’activitat.
- Regulació al·lostèrica: una molècula s’uneix a un lloc al·lostèric i canvia la conformació de l’enzim.
---- Regulació positiva: activa l’enzim.
---- Regulació negativa: inhibeix l’enzim.

6. Vitamines
Substàncies orgàniques necessàries en petites quantitats. No aporten energia, però són imprescindibles per al metabolisme.
La manca provoca hipovitaminosi; l’excés, hipervitaminosi.
Algunes vitamines són coenzims o precursors de coenzims.
Són sensibles a la calor, la llum i el pH.

Hidrosolubles: solubles en aigua. L’excés s’elimina per l’orina.
B1: descarboxilació del piruvat.
B2: reaccions d’oxidació-reducció.
B3: coenzims NAD⁺ i NADP⁺.
B5: coenzim A i transport de grups acil.
B6: transaminases.
B8: carboxilacions.
B9: síntesi d’ADN.
B12: metabolisme dels aminoàcids.
C: síntesi de col·lagen.

Liposolubles: es dissolen en greixos. S’emmagatzemen al teixit adipós. L’excés pot ser tòxic.
A: visió i epitelis.
D: absorció de calci i fòsfor.
E: antioxidant.
K: coagulació sanguínia.

7. Metabolisme: conjunt de reaccions químiques de les cèl·lules que transformen matèria i energia.
- Catabolisme: reaccions de degradació de molècules complexes en molècules senzilles. Genera ATP i produeix ATP, NADH i FADH₂.
- Anabolisme: reaccions de síntesi de molècules complexes a partir de molècules senzilles. Consumeix ATP i poder reductor.

8. Oxidació i reducció
- Oxidació: pèrdua d’electrons.
- Reducció: guany d’electrons.
- Agent oxidant: accepta electrons i es redueix.
- Agent reductor: cedeix electrons i s’oxida.
NAD⁺ + 2e⁻ + 2H⁺ → NADH + H⁺
FAD + 2e⁻ + 2H⁺ → FADH₂

9. ATP
ATP + H₂O → ADP + P_i + energia.
Es produeix ATP mitjançant:
- Fosforilació a nivell de substrat: un substrat cedeix un grup fosfat a l’ADP.
- Fosforilació oxidativa: l’ATP-sintetasa utilitza el gradient de protons.

10. Catabolisme dels glúcids
10.1. Glicòlisi (citosol):
- Balanç net: 2 ATP + 2 NADH + 2 H⁺.
10.2. Descarboxilació oxidativa del piruvat (matriu mitocondrial):
El piruvat entra al mitocondri i el complex piruvat deshidrogenasa l’oxida a acetil-CoA.
Reacció: 2 piruvat + 2 CoA-SH + 2 NAD⁺ → 2 acetil-CoA + 2 CO₂ + 2 NADH + 2 H⁺
10.3. Cicle de Krebs (matriu mitocondrial):
Oxidació completa de l’acetil-CoA fins a CO₂.
Per cada glucosa (2 voltes): 4 CO₂, 6 NADH, 2 FADH₂ i 2 GTP (= 2 ATP).
10.4. Fosforilació oxidativa (membrana mitocondrial interna):
1. Cadena de transport d’electrons: els electrons de NADH i FADH₂ passen pels complexos I–IV fins a l’O₂ (acceptor final), formant H₂O.
2. Quimiosmosi: el transport genera un bombeig de protons (H⁺) cap a l’espai intermembranós. El retorn a través de l’ATP-sintasa genera ATP.
3. Rendiment global: 36–38 ATP per glucosa.

11. Catabolisme dels lípids
Els triglicèrids s’hidrolitzen per lipases en glicerol i àcids grassos:
- Glicerol: es transforma en dihidroxiacetona fosfat i entra a la glicòlisi.
- Àcids grassos: s’activen al citosol (despesa equivalent a 2 ATP) i entren al mitocondri mitjançant la carnitina.
β-oxidació (hèlix de Lynen): cicle repetitiu de 4 reaccions a la matriu mitocondrial que allibera fragments de 2 carbonis com acetil-CoA, generant 1 FADH₂ i 1 NADH per volta. Rendiment molt superior al dels glúcids.

Localitzacions
Glicòlisi: citosol.
Oxidació del piruvat: matriu mitocondrial.
Cicle de Krebs: matriu mitocondrial.
Cadena respiratòria i ATP-sintasa: membrana interna.
Protons: espai intermembranós.

12. Fermentació
Procés anaeròbic al citosol, sense cadena respiratòria. Produeix només 2 ATP per glucosa i regenera NAD⁺.
Fermentació làctica: piruvat → lactat. Es produeix als músculs quan falta oxigen i en alguns bacteris. No allibera CO₂.
Fermentació alcohòlica: piruvat → etanol + CO₂. La realitzen principalment els llevats. S’utilitza per fabricar pa, vi i cervesa.

13. Respiració anaeròbica
No necessita oxigen, però sí cadena respiratòria. L’acceptor final d’electrons és una substància inorgànica diferent de l’oxigen, com metà, sofre o nitrats.
Produeix més ATP que la fermentació, però menys que la respiració aeròbica.

14. Comparació essencial