Tema 2. El catabolisme Les reaccions catabòliques són reaccions redox en que s’oxida M.O (els electrons són cedits a coenzims com el NADH i el FADH2) ,

Presentación del tema: "Tema 2. El catabolisme Les reaccions catabòliques són reaccions redox en que s’oxida M.O (els electrons són cedits a coenzims com el NADH i el FADH2) ,"— Transcripción de la presentación:

1 Tema 2. El catabolisme Les reaccions catabòliques són reaccions redox en que s’oxida M.O (els electrons són cedits a coenzims com el NADH i el FADH2) , es parteix de molècules complexes (biomolècules orgàniques) per arribar a molècules senzilles (sovint CO2 i H2O), són reaccions exotèrmiques ja que el seu objectiu bàsic és aconseguir energia (ATP)

2 fosforilació oxidativa
glicogen triacilglicèrids Proteïnes glicogenòlisi proteolisi lipòlisi Síntesi de proteïnes glicogènesi esterificació glucosa àcids grassos aminoàcids glucòlisi gluconeogènesi lipogènesi lactat piruvat acetil-CoA piruvat àcids grassos β-oxidació O2 ATP acetil-CoA ADP+Pi NADH cicle de Krebs cadena respiratòria fosforilació oxidativa NAD+ H2O CO2 2

3 Respiració versus fermentació
Acceptor final d’electrons Molècula inorgànica Molècula orgànica Rendiment energètica Alt (38 ATP) Baix (2 ATP) Totes dues fan servir la glucòlisi com a via metabòlica de degradació de la glucosa

4 Múscul esquelètic Fetge Catabolisme dels glúcids. Pàg 35
triacilglicèrids Catabolisme dels glúcids. Pàg 35 glicogen síntesi de proteïnes ADP+Pi PC glucosa glucosa àcids grassos aminoàcids contracció muscular ATP C lactat piruvat piruvat àcids grassos glucosa ATP O2 ATP acetil-CoA ADP+Pi NADH glicogen cadena respiratòria fosforilació oxidativa NAD+ Fetge H2O CO2

5 + 4 NADH + 2 ATP Glucòlisi x 2 x 2 Pàg 36 Citoplasma Balanç energètic
glucosa 6C glucosa 6C glucosa glucosa 6C 6C ATP ATP ADP ADP 6C glucosa - 6P 6C Glucòlisi Pàg 36 Citoplasma glucosa glucosa - - 6P 6P 6C 6C 6C fructosa - 6P 6C fructosa fructosa - - 6P 6P 6C 6C ATP ATP ADP ADP 6C fructosa - 1,6P 2 fructosa fructosa - - 1,6P 1,6P 6C 6C 2 2 3C dihidroxiacetona - P 3C 3C gliceraldehid - 3P 3C dihidroxiacetona dihidroxiacetona - - P P 3C 3C gliceraldehid gliceraldehid - - 3P 3P 3C 3C P P + 4 NADH NAD NAD + + 3C 1,3 - bisfosfoglicerat 3C 1,3 1,3 - - bisfosfoglicerat bisfosfoglicerat 3C 3C ADP ADP NADH NADH NADH ATP ATP 3C 3 - fosfoglicerat 3C Balanç energètic 3 3 - - fosfoglicerat fosfoglicerat 3C 3C + 2 ATP 3C 2 - fosfoglicerat 3C 2 2 - - fosfoglicerat fosfoglicerat 3C 3C x 2 x 2 3C fosfoenolpiruvat 3C fosfoenolpiruvat fosfoenolpiruvat 3C 3C ADP ADP ATP ATP 3C piruvat 3C piruvat piruvat 3C 3C NAD NAD + + 1C CO 2 1C CO CO 1C 1C Fosforilació a nivell de substrat 2 2 NADH NADH 2C acetil - CoA 2C acetil acetil - - CoA CoA 2C 2C cicle cicle de de Krebs Krebs

6 Cicle de Krebs AcetilCoA = Pàg 37 Mitocondri (matriu)
EAC 2. I love gràfics I

7 Cadena respiratòria

8 1 NADH = 3 ATP 1 FADH2 =2 ATP FADH2 FAD+ Cadena respiratòria o
CTE = Cadena de Transport d’Electrons Pàg 38-39

9 1 NADH = 3 ATP 1 FADH2 =2 ATP Cadena respiratòria o
CTE = Cadena de Transport d’Electrons Pàg 38-39 Fosforilació oxidativa Fosforilació oxidativa en contrapartida a la fosforilació a nivell de substrat

10 1 NADH = 3 ATP 1 AcCoA = 3 NADH = 9 ATP + 1 FADH 2 = 2 ATP
+ 1 GTP = 1 ATP 1 AcCoA = ATP Balanç energètic del cicle de Krebs

11

12 mitocondris La respiració cel·lular té lloc al mitocondri
Cicle de Krebs Matriu CTE i ATP sintetasa Membrana interna mitocondris La respiració cel·lular té lloc al mitocondri

13 + 2x(2-3) ATP + 2 ATP + 2x3 ATP 1 glc = 36-38 ATP 2 AcCoA = 24 ATP x 2
glucosa glucosa 6C glucosa glucosa 6C 6C 2 AcCoA = 24 ATP ATP ATP ADP ADP 6C glucosa - 6P 6C glucosa glucosa - - 6P 6P 6C 6C 6C fructosa - 6P 6C fructosa fructosa - - 6P 6P 6C 6C ATP ATP ADP ADP + 2x(2-3) ATP 6C fructosa - 1,6P 2 fructosa fructosa - - 1,6P 1,6P 6C 6C 2 2 3C dihidroxiacetona - P 3C 3C gliceraldehid - 3P 3C dihidroxiacetona dihidroxiacetona - - P P 3C 3C gliceraldehid gliceraldehid - - 3P 3P 3C 3C P P NAD + 3C 1,3 - bisfosfoglicerat 3C NAD NAD + + 1,3 1,3 - - bisfosfoglicerat bisfosfoglicerat 3C 3C ADP ADP NADH NADH NADH ATP ATP 3C 3 - fosfoglicerat 3C 3 3 - - fosfoglicerat fosfoglicerat 3C 3C 3C 2 - fosfoglicerat 3C 2 2 - - fosfoglicerat fosfoglicerat 3C 3C x 2 x 2 x 2 3C fosfoenolpiruvat 3C fosfoenolpiruvat fosfoenolpiruvat 3C 3C ADP ADP + 2 ATP ATP ATP 3C piruvat 3C piruvat piruvat 3C 3C + 2x3 ATP NAD NAD + + 1C CO 2 1C CO CO 1C 1C 2 2 NADH NADH 1 glc = ATP 2C acetil - CoA 2C acetil acetil - - CoA CoA 2C 2C cicle cicle de de Krebs Krebs

14 Catabolisme dels lípids. Pàg 41
triacilglicèrids Catabolisme dels lípids. Pàg 41 glicogen síntesi de proteïnes ADP+Pi PC glucosa glucosa àcids grassos aminoàcids contracció muscular ATP C lactat piruvat piruvat àcids grassos Betaoxidació ATP O2 ATP acetil-CoA ADP+Pi NADH cadena respiratòria fosforilació oxidativa NAD+ H2O CO2

15 Beta oxidació Mitocondri. Pàg 42 CoA-SH

16 1 palmític (16C) = 8 AcCoA = 96 ATP + 7 NADH = 21 ATP
+ 7 FADH2 = ATP CoA-SH 1 palmític = ATP activació = ATP 1 palmític = ATP Balanç energètic

17 Múscul esquelètic 129 ATP Fosfocreatinina triacilglicèrids glicogen
síntesi de proteïnes ADP+Pi PC glucosa glucosa àcids grassos aminoàcids contracció muscular ATP C lactat piruvat piruvat àcids grassos ATP 129 ATP O2 ATP acetil-CoA ADP+Pi NADH cadena respiratòria fosforilació oxidativa NAD+ H2O CO2

18 i... sense oxigen?

19 Múscul esquelètic 36-38 ATP triacilglicèrids glicogen síntesi de
proteïnes ADP+Pi PC glucosa glucosa àcids grassos aminoàcids contracció muscular ATP C piruvat piruvat àcids grassos ATP O2 ATP acetil-CoA ADP+Pi 36-38 ATP NADH cadena respiratòria fosforilació oxidativa NAD+ H2O CO2

20 2 ATP Fermentació Exercici anaeròbic EAC 1. Disseny glicòlisi i vies
triacilglicèrids glicogen síntesi de proteïnes ADP+Pi PC glucosa glucosa àcids grassos aminoàcids contracció muscular 2 ATP ATP C lactat piruvat piruvat àcids grassos ATP O2 ATP acetil-CoA ADP+Pi NADH cadena respiratòria fosforilació oxidativa NAD+ H2O CO2 EAC 1. Disseny glicòlisi i vies Exercici anaeròbic

21 - 1 1 glucosa 2 ATP + 4 NADH = 10-12 ATP + 2 AcCoA = 24 ATP - 1
ADP ADP 6C glucosa - 6P 6C + 4 NADH = ATP glucosa glucosa - - 6P 6P 6C 6C + 2 AcCoA = ATP 6C fructosa - 6P 6C fructosa fructosa - - 6P 6P 6C 6C - 1 ATP ATP 1 glucosa = ATP ADP ADP 6C fructosa - 1,6P 2 fructosa fructosa - - 1,6P 1,6P 6C 6C 2 2 3C dihidroxiacetona - P 3C 3C gliceraldehid - 3P 3C dihidroxiacetona dihidroxiacetona - - P P 3C 3C gliceraldehid gliceraldehid - - 3P 3P 3C 3C P P NAD + 3C 1,3 - bisfosfoglicerat 3C 1,3 1,3 - - bisfosfoglicerat bisfosfoglicerat 3C 3C ADP ADP +2 NADH ATP ATP 3C 3 - fosfoglicerat 3C 3 3 - - fosfoglicerat fosfoglicerat 3C 3C 3C 2 - fosfoglicerat 3C 2 2 - - fosfoglicerat fosfoglicerat 3C 3C x 2 x 2 3C fosfoenolpiruvat 3C fosfoenolpiruvat fosfoenolpiruvat 3C 3C ADP ADP +2 ATP ATP 3C lactat 3C piruvat 3C piruvat piruvat 3C 3C NAD NAD + + 1C CO 2 1C CO CO 1C 1C 2 2 NADH NADH 2C acetil - CoA 2C Efecte Pasteur acetil acetil - - CoA CoA 2C 2C cicle cicle de de Krebs Krebs

22 Catabolisme de proteïnes: Transaminació i desaminació oxidativa
Pàg 43 Exercicis: Pàg 38 ex 1,2,3 Pàg 40 ex 4,6 Pàg 44 Ex 10,11,12 Pàg 45 15,17 Pàg 47 ex 19,20 Pàg 48 ex 21 Pàg 49 tipus test Pàg 50 i 51 tots EAC 3. Més gràfics

23 Fermentació i respiració aeròbia i anaeròbica

24 Fermentacions. Pàg 46 Alcohòlica Làctica Àcido-mixta Butírica Pútrida
...

25 L’evolució del catabolisme
Fermentació origen de la vida ma Fotosíntesi ma Respiració ma

26 2. 1. El NAD1 és un transportador d’hidrògens
2.1. El NAD1 és un transportador d’hidrògens. Capta els hidrògens que allibera un substrat orgànic i els duu fins a una altra substància orgànica que els capta. El NAD1 és l’anomenada forma oxidada, i el NADH 1 H1 és l’anomenada forma reduïda. 2.2. Procedeixen dels dos carbonis de l’acetilcoenzim A (CH3-CO-S-CoA) que entren en el cicle de Krebs, és a dir, que els seus dos carbonis s’han transformat en matèria orgànica (CO2), que torna al medi extern. 2.3. Es considera una via respiratòria encara que no es necessita oxigen per fer-la, perquè requereix NAD+ i FADH2 per dur-se a terme, i aquestes substàncies es produeixen a la cadena respiratòria, que sí que necessita oxigen. Si aquest oxigen procedeix del O2 atmosfèric, s’anomena respiració aeròbica, i si procedeix dels ions NO3+, SO4 2-, etc., s’anomena respiració anaeròbica. 2.4. Perquè és el conjunt d’enzims capaç de cedir l’energiad’un flux intern de protons (H+) a l’ADP per tal d’unir-hi Pii formar ATP. S’activa quan la quantitat de protons (H+) és tan elevada a l’espai intermembranós que la membranainterna és incapaç d’actuar com a aïllant d’aquesta diferènciade potencial, i s’estableix un flux de protons cap ala matriu mitocondrial que travessa el complex enzimàticATPsintetasa, situat en aquesta membrana, sobretot a les crestes mitocondrials, i així provoca la síntesi d’ATP. 2.6. En el pas dels electrons entre un transportador i un altre, s’allibera prou energia per bombar protons cap a l’espai intermembranós del mitocondri, i així s’origina la diferència de potencial necessària perquè s’iniciï, per osmosi, un flux de protons que generarà ATP a les ATPsintetases.

27 2.9. Tenen molta importància perquè una massa de lípids rendeix aproximadament el doble d’energia que una massa igual de glúcids o de proteïnes. La causa d’això és que, en els lípids, els carbonis presenten un estat d’oxidació molt baix, gairebé tan sols estan enllaçats amb hidrògens o amb altres carbonis; en canvi, en els glúcids i les proteïnes, molts carbonis ja estan enllaçats amb oxígens. Després de la respiració, tots els carbonis queden en forma de CO2, totalment oxidats; per això, on hi ha una transformació més gran és en els lípids i, per tant, és on s’ha de desprendre més energia. 2.10. Fa falta que l’àcid gras s’uneixi al coenzim A (CoA) i formin l’acilcoenzim A, el qual, gràcies a un transportador orgànic especial anomenat carnitina, ja pot entrar al mitocondri. 2.11. Els dos processos competeixen pel NAD+ i pel FAD que procedeixen de la cadena respiratòria. 2.12. La transaminació és la transferència de grups amino (-NH2) des d’un aminoàcid fins a un cetoàcid. En canvi, la desaminació oxidativa és l’alliberació que fan els aminoàcids al medi extern dels seus grups amino en forma d’amoníac (NH3). L’amoníac, quan contacta amb l’aigua a un pH 5 7,4, que és el de la sang, forma hidròxid amònic NH4OH, que s’ionitza i dóna ió amoni (NH4 +) i ió hidroxil (OH-), per això, en molts textos s’indica que el grup amino (-NH2) se’n va en forma d’ió amoni (NH4+). En la sang només l’1 % del total és en forma de NH3; malgrat això és la forma que pot travessar la membrana plasmàtica i mitocondrial; els ions amoni rarament la travessen. Si per alguna causa aquest nivell augmenta, el NH3 pot entrar a les neurones i afectar el cicle de Krebs. Això explica la gran sensibilitat del cervell al NH3.

28 2.15. Els anaerobis estrictes són els que segueixen la via fermentativa o la respiració anaeròbica, i que, en presència d’oxigen, moren perquè per a ells aquest gas resulta tòxic i no el saben transformar en una altra substància que no ho sigui. Els anaerobis facultatius són els que poden viure en ambients sense oxigen i també en ambients amb oxigen; això els representa un gran avantatge. Hi ha dos tipus de microorganismes anaerobis facultatius: uns, com els bacteris de l’àcid làctic, que són capaços de viure tant en ambients amb oxigen com en ambients sense oxigen, però sempre fent la via fermentativa (no hi intervé l’oxigen), i d’altres, com molts bacteris intestinals i molts llevats, que poden seguir la via fermentativa si no hi ha oxigen, o la respiració aeròbica si sí que n’hi ha. 2.17. Les fermentacions, com les respiracions, són processos d’oxidació de compostos orgànics que alliberen energia. Com més diferència hi ha entre l’estat d’oxidació dels carbonis del substrat inicial i els carbonis dels productes, més energia s’allibera. Per això, en la respiració, com que els carbonis acaben en forma de CO2, que és el màxim estat d’oxidació d’un carboni, hi ha més energia alliberada que si el producte final és un compost orgànic, com passa en la fermentació. 2.19. Les cèl·lules musculars, en situacions extremes, com ara en els darrers metres d’una cursa de potència muscular o davant de la manca d’oxigen, poden seguir la via de la fermentació per aconseguir energia, encara que sigui en molt poca quantitat. A partir d’una glucosa es produeixen dues molècules d’àcid làctic i dos ATP. L’àcid làctic s’acumula en unes concentracions tan elevades que forma solucions sobresaturades, amb la formació consegüent de cristalls d’àcid làctic, que es claven a les terminacions nervioses. Això dóna lloc al fet que, al cap d’unes quantes hores, aparegui el típic dolor denominat cruiximent. Aquest dolor desapareix sol, al cap d’unes quantes hores o d’uns quants dies, quan els cristalls d’àcid làctic es dissolen.

29 TEST DE LA UNITAT 2.25. d) El catabolisme necessita un acceptor final d’hidrògens inorgànic. 2.26. b) L’àcid làctic s’incorpora al cicle de Krebs. 2.27. d) Sense O2 no es podria generar ATP en la cadena respiratòria. 2.28. d) ADP 1 H2O → ATP 1 Pi. 2.29. d) Un mol d’ATP pot alliberar 7,3 kcal. 2.30. c) Per cada glucosa entre la glicòlisi i el cicle de Krebs es generen 38 ATP. 2.31. a) Per cada dos protons que passen a través de les ATP-sintetases es genera un ATP. 2.32. e) L’últim acceptor de protons i electrons sempre és l’oxigen (O2). 2.33. e) Es troba emmagatzemat a l’interior dels mitocondris. 2.34. b) Com més reduïda està, més energia pot alliberar. 2.35. a) Té lloc a la matriu mitocondrial i necessita oxigen. 2.36. c) En les fermentacions, l’ATP sempre es genera en la glicòlisi.

30

31 Amb oxigen la glucosa s’oxida per via aeròbica (glucosa → piruvat → acetil-CoA → CO2). Sense oxigen el piruvat ha de passar a lactat per tal que el NADH s’oxidi fins a NAD1, necessari perquè es pugui produir la glicòlisi (glucosa → piruvat → lactat). Així doncs: • amb oxigen: oxidació de la glucosa (oxidació aeròbica de la glucosa, glicòlisi aeròbica). • sense oxigen: glicòlisi (glicòlisi anaeròbica) o fermentació làctica de la glucosa. b) Sense oxigen no es pot produir CO2. La cadena respiratòria no funcionarà. La glucosa s’oxidarà parcialment fins a lactat, però no fins a CO2. Perquè per via aeròbica el rendiment energètic de la metabolització de la glucosa és molt més gran que per via anaeròbica (aproximadament ATP/ glucosa respecte a 2-3 ATP/glucosa). Així doncs, la cèl·lula haurà de metabolitzar molta més quantitat de glucosa (36-38/2-3, unes 15 vegades més) per poder obtenir la mateixa quantitat d’ATP per unitat de temps. És un exemple de fermentació (làctica). Aquest efecte s’anomena efecte Pasteur.

32

33 D. Adenina → 5. base nitrogenada
E. ATP → 14. compost nitrogenat, (pot acceptar-se: 6. nucleòtid) c) Lugol → midó. Biuret → polipèptids, proteïnes. Fehling → sucres reductors. Sudan → àcids grassos. Molisch → glúcids

34 d) Compost 3: polinucleòtid de desoxiribosa (DNA)
d) Compost 3: polinucleòtid de desoxiribosa (DNA). Es troba principalment en el nucli de les cèl·lules eucariotes (també hi ha DNA en els mitocondris i els cloroplasts d’aquestes cèl·lules), i dispers en el citoplasma de les cèl·lules procariotes. És el portador de la informació genètica de l’organisme, que serveix per codificar la seqü.ncia de les proteïnes i els àcids ribonucleics (RNA). Compost 9: fosfolípid. Té funció estructural; és el principal constituent de la bicapa lipídica de la membrana de les cèl·lules eucariotes 2.39. És un triacilglicèrid, èster d’àcids grassos amb el glicerol: 3 àcids grassos per cada molècula de glicerol. Per tant, l’enllaç que uneix cada àcid gras amb el glicerol és un enllaç èster. Resposta a la b a la següent diapositiva

35

36 2.40. 1. Podem acceptar respostes com les següents:
– Influeix la temperatura en la fermentació del llevat?, (o, com ho fa?) – Hi ha relació entre la temperatura i la fermentació? La variable independent és la temperatura. La variable dependent és la fermentació del llevat. 2. Les línies bàsiques del disseny que ha d’elaborar l’alumnat són les següents: – En muntatges diferents sotmesos a les mateixes condicions es varia la temperatura (30 ºC, 35ºC, 40 ºC). – Es vigilen altres condicions que puguin afectar l’experiment (la durada de cada experiment, la quantitat de llevat que s’usa en l’experiment, etc.). Cal que siguin les mateixes en tots els muntatges. – Es determina la quantitat de gas que s’ha desprès passat un temps determinat. L’alumnat podria optar per incloure rèpliques de l’experiment, la qual cosa es valorarà positivament. També pot proposar dissenys més complexos. En cada cas es valorarà la validesa de la proposta. 3. a) La respiració cel·lular té un rendiment energètic molt superior al de la fermentació (38 i 2 ATP, respectivament). Les diferències són degudes fonamentalment al fet que en la respiració cel· lular es produeix l’oxidació total dels substrats cosa que no s’esdevé al llarg de la fermentació

37

38 2.41. 1. a) A l’interior del mitocondri (o a la matriu mitocondrial).
b) La destinació serà la respiració cel·lular, la cadena respiratòria, la cadena de transport d’electrons, etc. c) Una de les següents: glicòlisi, cicle de Krebs, boxidació o oxidació d’àcids grassos, desaminació d’alguns aminoàcids, etc. 2. Com que les cèl·lules del sistema nerviós no obtenen gairebé energia de l’oxidació d’altres substàncies, resultaran greument afectades pel que fa a l’obtenció d’ATP per realitzar tots els processos cel·lulars que en requereixen.

39

40

41

42 L’única via possible en absència d’oxigen és la fermentació.
Per tant, totes les altres vies («aeròbiques») tenen un rendiment molt més baix en el cas d’una cursa d’esprint que en el cas d’una marató La fermentació làctica té un rendiment energètic molt menor que la glicòlisi, de manera que, per obtenir la mateixa quantitat d’ATP, el múscul haurà de consumir molta més quantitat de glucosa si té molt poc oxigen disponible (com és el cas d’una cursa d’esprint) que si en té molt (com és el cas d’una cursa de marató). (Aquest increment del consum de glucosa en baixar l’assequibilitat d’oxigen s’anomena efecte Pasteur.) 3. 2.600 kcal/marató x 60 % = kcal de glúcids i, per tant, = kcal de lípids glúcids: kcal gastades x 1 g / 4,3 kcal = 363 g de glúcids consumits lípids: kcal x 1 g / 9,1 kcal=114 g de lípids consumits