Glicòlisi, cicle de Krebs i respiració cel·lular

Inhibidors d'enzims

T1: Inhibidors: substàncies que disminueixen l'activitat d'un enzim o bé li impedeixen completament d'actuar. Poden ser perjudicials o benèfics.

• Inhibició irreversible: s'uneix permanentment al centre actiu de l'enzim i l'inutilitza.
• Inhibició reversible: el centre actiu no s'inutilitza; tan sols se n'impedeix temporalment el funcionament.
• Competitiva: l'inhibidor s'uneix al mateix lloc que el substrat (centre actiu).
• No competitiva: l'inhibidor s'uneix en un lloc diferent del centre actiu i altera la funció enzimàtica.

Glicòlisi

T2: La glicòlisi (cèl·lules eucariotes: citosol; cèl·lules procariotes: citosol) es duu a terme per fosforilació a nivell de substrat. Una molècula de substrat que té un grup fosfat el cedeix a un ADP i forma ATP.

2 fases:

• Per cada glucosa es consumeixen 2 ATP.
• Es produeixen 4 ATP; el rendiment net és de 2 ATP per glucosa.
• Entren 2 molècules de NAD+ que accepten 4 electrons i 4 protons i formen 2 NADH + 2 H+.
• La glicòlisi ha d'anar seguida d'una via metabòlica que oxidi el NADH + H+ i regeneri NAD+.

BALANÇ (resum):

C6H12O6 + 2 NAD+ + 2 ADP + 2 Pi → 2 CH3COCOOH + 2 NADH + 2 H+ + 2 ATP + 2 H2O

Primera etapa: cicle de Krebs

Ubicació: cèl·lules eucariotes: matriu mitocondrial; cèl·lules procariotes: citosol (no hi ha mitocòndria).

És una via metabòlica en la qual els grups acetil (CH3–CO–) aportats per l'acetil-CoA es degraden completament. Els dos carbonis de l'acetil donen lloc a 2 CO2. Els hidrogens són captats per NAD+ i FAD i formen NADH + H+ o FADH2. L'energia alliberada s'utilitza per sintetitzar GTP.

BALANÇ (per cada piruvat processat, integrant oxidació del piruvat + cicle):

• 4 NAD+ → 4 NADH + 4 H+
• 1 FAD → FADH2
• GDP → GTP (equivalent a ATP)
• Entrada d'aigua i generació de 3 CO2

Segona etapa: transport d'electrons i cadena respiratòria

Finalitat: oxidació dels coenzims reduïts (NADH i FADH2) produïts en les etapes anteriors perquè puguin tornar a ser utilitzats i per aprofitar l'energia que contenen per sintetitzar ATP. Això es completa mitjançant la cadena de transport d'electrons i la fosforilació oxidativa (transport d'electrons → gradient de protons → síntesi d'ATP).

Balanç del catabolisme per respiració de la glucosa

Contribucions energètiques per glucosa (teòricament):

• Citosol (glicòlisi): 2 ATP (rendiment net).
• Piruvat → acetil-CoA (per 2 piruvats): 2 NADH → aproximadament 6 ATP.
• Cicle de Krebs (2 acetil-CoA): 6 NADH → aproximadament 18 ATP.
• 2 FADH2: ≈ 4 ATP.
• 2 GTP: ≈ 2 ATP.

Total teòric: 38 ATP per glucosa (valor teòric clàssic).

Balanç fotosíntesi (carboni)

Fase luminosa: per a la fixació de 6 CO2 en la fase fosca calen aproximadament 12 H2O; la fase luminosa proporciona 12 NADPH i 18 ATP:

• 12 H2O → 6 O2 (fotòlisi del aigua; es produeixen 6 O2).
• 12 NADP+ → 12 NADPH + 12 H+.
• 18 ADP + 18 Pi → 18 ATP.

Fase fosca (cicle de Calvin) resum:

6 CO2 + 12 NADPH + 18 ATP → C6H12O6 + 12 NADP+ + 18 ADP + 18 Pi (representa la fixació de carboni i la síntesi de glucosa).

Equació global simplificada: 6 CO2 + 6 H2O → C6H12O6 + 6 O2 (resum global de la fotosíntesi en condicions ideals).

Comparació: respiració vs fermentació

Característiques comparatives:

• Oxigen: Respiració (R): necessita oxigen; Fermentació (F): no necessària.
• Substrats: R: poden oxidar diferents substrats; F: principalment glúcids i algunes proteïnes.
• Acceptors finals d'electrons: R: O2; F: una molècula orgànica derivada del mateix substrat.
• Productes finals (acceptors finals): R: H2O; F: compost orgànic (àcid làctic, etanol, etc.).
• Productes de carboni: R: generalment CO2 (oxidació completa); F: compost orgànic (oxidació incompleta, ex. etanol, àcid làctic).
• Obtenció d'energia a partir de NADH + H+: R: sí (mitjançant cadena respiratòria); F: no (el NADH es reoxida fermentativament).
• Rendiment energètic: R: ≈ 38 ATP (valor teòric clàssic); F: ≈ 2 ATP (variable segons tipus de fermentació).

Enzims i intermediats de la glicòlisi

Enzims (ordre aproximat): hexoquinasa, isomerasa, fosfofructoquinasa (quinasa), isomerasa (i/o aldolasa segons pas), deshidrogenasa, quinasa, mutasa, enolasa, quinasa.

Principals substrats/intermediaris: glucosa → glucosa-6-fosfat → fructosa-6-fosfat → fructosa-1,6-bisfosfat → dihidroxiacetona-fosfat ↔ gliceraldehid-3-fosfat → àcid-1,3-bisfosfoglicèric → àcid-3-fosfoglicèric → àcid-2-fosfoglicèric → 2-fosfoenolpiruvat → piruvat.