Glúcids, Lípids i Metabolisme: Fonaments de Bioquímica

Glúcids

Definició i Funcions

Els glúcids són molècules senzilles amb gran diversitat estructural. Els carbohidrats o hidrats de carboni són sinònims de glúcids. Tot i que reben el nom de sucres, no tots són dolços. Tenen molta importància biològica, amb funcions com:

• Combustible (glucosa)

• Reserva d'energia (glicogen en animals, midó en vegetals)

• Substrat per a la síntesi d'altres molècules biològiques

• Components dels àcids nucleics (ribosa)

• Estructures cel·lulars (cel·lulosa, exoesquelet d'insectes)

Monosacàrids

Són cadenes lineals de 3 a 8 àtoms de carboni. Es diferencien en:

• Nombre de carbonis: trioses (3C), tetroses (4C), pentoses (5C), hexoses (6C), heptoses (7C), octoses (8C)

• Distribució espacial dels grups hidroxil: Els carbonis asimètrics (isòmers) donen lloc a molècules amb la mateixa fórmula però propietats diferents.

• Ciclació: En dissolucions aquoses, el grup carbonil reacciona amb el grup hidroxil del penúltim carboni, amb dues formes possibles: α (alfa) i β (beta).

Alguns monosacàrids importants:

• Glucosa: Aldohexosa, principal font energètica.

• Fructosa: Cetohexosa present en vegetals.

• Ribosa: Aldopentosa, component de coenzims i ARN.

• Desoxiribosa: Ribosa modificada, component de l'ADN.

• Àcids glucurònic i galacturònic: Components estructurals de teixits.

Oligosacàrids

Formats per 2 a 10 monosacàrids. Exemple: disacàrids (2 monosacàrids), trisacàrids (3 monosacàrids), etc. L'enllaç glicosídic uneix els monosacàrids.

Polisacàrids

Polímers de més de 10 monosacàrids. Poden ser:

• Homopolisacàrids: Un mateix monosacàrid.

• Heteropolisacàrids: Diversos monosacàrids.

Poden formar ramificacions i molècules esfèriques compactes.

Funcions:

• Reserva energètica: glicogen (animals), midó (vegetals).

• Estructural: cel·lulosa (paret vegetal), quitina (exoesquelet d'artròpodes i fongs), glucosaminoglicans (matriu de teixits connectius).

Lípids

Definició i Funcions

Grup heterogeni de biomolècules orgàniques, insolubles en aigua i solubles en dissolvents orgànics. Són més reduïts que els glúcids, constituint una bona reserva energètica:

• S'oxiden més, produint més energia.

• Ocupen poc espai.

Funcions:

• Combustible (àcids grassos)

• Reserva d'energia (triacilglicèrids)

• Components de membranes cel·lulars (fosfoglicèrids, colesterol)

• Protecció d'òrgans

• Aïllants tèrmics

• Reguladors (vitamines A, E, D, K; hormones; àcids biliars)

Àcids Grassos

Cadenes lineals de carbonis amb un grup carboxil. Es diferencien en:

• Nombre de carbonis

• Nombre i posició d'enllaços dobles: saturats (0), monoinsaturats (1), poliinsaturats (>1)

Propietats:

• Amfipàtics: zona hidrofílica i zona hidrofòbica.

• Punts de fusió: sòlids (greixos) o líquids (olis) a temperatura ambient.

Acilglicèrids

Èsters de glicerol amb àcids grassos. Es diferencien en:

• Nombre d'àcids grassos: monoacilglicerols (1), diacilglicerols (2), triacilglicèrids (3).

• Tipus d'àcids grassos.

Característiques:

• Formen gotes esfèriques o micel·les en aigua.

• Principal reserva energètica.

• Olis i greixos són mescles d'àcids grassos i acilglicèrids.

Fosfoglicèrids o Fosfolípids

Èsters de glicerol amb dos àcids grassos i un grup fosfat. Es diferencien en:

• El compost bàsic.

• Els tipus d'àcids grassos.

Característiques:

• Amfipàtics: formen bicapes (membranes cel·lulars).

• Component estructural de les membranes cel·lulars.

Ceres

Èsters d'un alcohol de cadena llarga amb un àcid gras. Són molt apolars (hidrofòbiques), gairebé impermeables. Recobreixen i protegeixen alguns òrgans.

Esteroides

Estructura derivada de l'esterà. Es diferencien per les molècules unides a l'esterà. Els més importants són:

• Colesterol: component de membranes i precursor d'esteroides.

• Àcids biliars

• Vitamina D

• Hormones sexuals

• Hormones suprarenals

Terpens o Poliisoprenoides

Polímers de l'isoprè. Es diferencien pel nombre de monòmers: monoterpens (1), diterpens (2), etc., politerpens (8). Exemples: vitamines A, E, K; pigments vegetals; olis essencials.

Éssers Vius: Sistemes Oberts

Intercanvien matèria i energia amb l'entorn:

• Matèria: autòtrofs (sintetitzen biomolècules a partir de compostos inorgànics), heteròtrofs (sintetitzen biomolècules a partir de matèria orgànica).

• Energia: fotòtrofs (energia de la llum), quimiòtrofs (energia de compostos químics).

• Recanvi: compostos cel·lulars, orgànuls, individus.

• Desplaçament de compostos i ions.

• Moviment de grans molècules.

Metabolisme

Conjunt de reaccions químiques, catalitzades per enzims, que permeten l'intercanvi de matèria i energia:

• L'energia prové principalment de la llum solar (fotosíntesi).

• Els quimiòtrofs degraden la matèria orgànica (catabolisme) per obtenir energia i compostos senzills per a l'anabolisme.

• L'energia es transporta mitjançant ATP.

Anabolisme i Catabolisme

• Anabolisme: síntesi de molècules complexes a partir de molècules senzilles.

• Catabolisme: degradació de molècules complexes en molècules senzilles per obtenir energia.

• Vies aeròbiques (requereixen oxigen) i anaeròbiques (no requereixen oxigen).

Oxidació-Reducció: Potencial Redox

L'energia dels quimiòtrofs prové de l'oxidació de compostos orgànics. Oxidar-se significa perdre electrons. La tendència a acceptar electrons es mesura pel potencial redox. Els electrons viatgen mitjançant molècules com NAD+/NADH. En el metabolisme aeròbic, l'oxigen és l'acceptor final d'electrons.

Fosforilació Oxidativa

Procés que transforma l'energia del potencial redox en enllaços fosfat (ATP). Requerix oxigen.

Cicle de Krebs

Genera potencial redox (NADH, FADH2) i ATP. Requerix oxigen (via aeròbica). En absència d'oxigen, l'energia s'obté per fermentació.

Altres Vies Metabòliques

El cicle de Krebs oxida l'acetil-CoA, que prové de la degradació de glucosa, àcids grassos i alguns aminoàcids.

Oxidació de la Glucosa

En presència d'oxigen, l'oxidació completa de la glucosa genera 36 o 38 ATP. En absència d'oxigen (fermentació làctica), només es generen 2 ATP.

Oxidació dels Àcids Grassos

Els àcids grassos s'oxiden per β-oxidació, un procés aeròbic que genera gran quantitat d'ATP.

Oxidació d'Aminoàcids

Alguns aminoàcids es poden transformar en acetil-CoA o glucosa (gluconeogènesi).