Metabolisme i funció dels mitocondris

L'anabolisme i el catabolisme

L'anabolisme és el conjunt de reaccions i vies de síntesi (a la figura, les fletxes de color taronja que assenyalen cap amunt: gluconeogènesi, glicogènesi, lipogènesi, esterificació, síntesi de proteïnes), gràcies a una aportació energètica, que transformen molècules senzilles a complexes, com ara compostos de reserva energètica (glicogen), estructurals (col·lagen, cel·lulosa, fosfolípids), enzimàtics (proteïnes) o informatius (àcids nucleics).

El catabolisme és el conjunt de reaccions i vies de degradació (a la figura, les fletxes de color lila que assenyalen cap avall: glicogenòlisi, glucòlisi, lipòlisi, β-oxidació, proteòlisi, cicle de Krebs...). Aquestes vies transformen molècules complexes en d'altres de més senzilles, i així obtenen l'energia que es transporta en molècules d'ATP.

Algunes d'aquestes vies necessiten oxigen molecular (vies aeròbiques), mentre que d'altres es poden produir sense oxigen (vies anaeròbiques).

Origen, estructura i funcionament dels mitocondris

Les cèl·lules han d'estar produint ATP contínuament i, per això, han d'oxidar molècules orgàniques, sobretot glucosa i àcids grassos. En la respiració cel·lular, s'utilitza oxigen per convertir-ho en CO₂ i H₂O. Una altra alternativa (sense oxigen) és la fermentació, on es converteix en altres molècules orgàniques més simples, com l'àcid làctic.

Els primers passos en l'oxidació de la glucosa es fan al citosol, anaeròbic. La fermentació làctica obté poca energia. Els enteròcits la utilitzen per obtenir l'energia necessària per absorbir els nutrients. Les cèl·lules del fetge i el cor, en canvi, obtenen la major part d'energia mitjançant la respiració cel·lular.

Els mitocondris són orgànuls que es troben a gairebé totes les cèl·lules eucariotes. Dins dels mitocondris s'aprecia un medi líquid anomenat matriu. Hi ha dues membranes, la externa i la mitocondrial interna (té crestes mitocondrials), separades per un espai intermembranós. Els mitocondris acaben l'oxidació de la glucosa i duen a terme l'oxidació completa dels àcids grassos, i amb això produeixen la majoria de l'ATP de la cèl·lula, gastant molècules d'O₂. Aquest procés es coneix com la respiració cel·lular.

D'on provenen els mitocondris?

Les seves dimensions són similars a les d'un bacteri. Contenen diferents molècules de DNA mitocondrial, de forma circular i amb gens propis. Contenen ribosomes similars als bacteris i tot el que necessiten per fabricar les seves pròpies proteïnes. Els mitocondris es formen per divisió a partir d'altres mitocondris. La teoria endosimbiòtica consisteix en què els mitocondris van ser fagocitats per les primeres cèl·lules eucariotes, els precursors dels mitocondris van acabar vivint a l'interior de la cèl·lula en una situació de simbiosi. La cèl·lula hi guanya amb la gran capacitat productora d'energia dels mitocondris, amb una vida més fàcil i protegida dins de la cèl·lula eucariota.

Magatzem de greix

Els àcids grassos s'emmagatzemen en forma de triacilglicèrids. En els animals, els triaciglicerids s'acumulen al teixit adipós, que es troba sota la pell, recobrint algunes vísceres i repartit per altres parts del cos (aquesta reserva d'energia podria augmentar els dies de supervivència d'una persona amb escassetat de menjar).

Els adipòcits produeixen una hormona peptídica, la leptina, en quantitat proporcional al greix que contenen. La leptina actua sobre l'hipotàlem de manera que, quan hi ha poca leptina, tenim molta gana. D'altra banda, el greix té un inconvenient per emmagatzemar el greix: els àcids grassos només poden ser oxidats en presència d'oxigen, es transporten lentament a les cèl·lules i habitualment no són utilitzats per les neurones, que consumeixen una quarta part de l'energia.

Magatzem de glucosa

La insulina, una hormona que provoca el consum de glucosa, és produïda per les cèl·lules beta del pàncrees. El glicogen és un polisacàrid format per la unió de molècules de glucosa pel enllaç (1 -> 4), amb ramificacions per enllaç (1 -> 6). Quan la glicèmia baixa, unes altres cèl·lules del pàncrees, les alpha, produeixen una segona hormona, el glucagó, que hidrolitza el glicogen i allibera glucosa a la sang.

Què passa si no mengem? Quan s'esgoten els glicogens del fetge, els músculs continuen obtenint energia de l'oxidació d'àcids grassos, però les neurones necessiten glucosa, que no pot ser fabricada a partir d'àcids grassos. Per això, es comencen a hidrolitzar proteïnes, sobretot musculars, i els aminoàcids es converteixen en glucosa. Si una persona deixés de menjar, o si es saltés habitualment l'esmorzar, perdria ràpidament massa muscular.