Bio2 t2a metabolisme (introducció)

1. TEMA 2
METABOLISME

2. INTRODUCCIÓ
Primera part

3. QUÈ DEFINEIX UN ÉSSER VIU?

4. QUÈ DEFINEIX UN ÉSSER VIU?
A la Natura la matèria tendeix a la desorganització: augment de
l’entropia (2ª llei de la Termodinàmica)

5. Entropia

6. QUÈ DEFINEIX UN ÉSSER VIU?
Un ésser viu és una estructura altament organitzada, per tant,
sembla anar en contra de la 2ª llei de la Termodinàmica
Per mantenir aquesta estructura necessita
augmentar l’entropia de l’ambient, del qual
obté matèria i energía.

7. METABOLISME
• La nutrició de les cèl·lules suposa una sèrie de complexos
processos químics catalitzats per enzims que tenen com a
finalitat l'obtenció de materials i/o energia.
• Aquest conjunt de processos rep el nom de METABOLISME.
METABOLISME
CATABOLISME ANABOLISME

9. METABÒLITS
Un metabòlit és qualsevol molècula utilitzada o
produïda durant el metabolisme.
• Reacció a química:
A + B = C + D
• Reacció a biologia:
A  B  C  D  E
• A, B, C, D, E són els metabolits; el primer metabòlit de la
ruta (A) sol denominar-se substrat, l'últim (E) producte i
la resta (B, C, D) metabòlits intermediaris.

10. METABÒLITS
A  B  C  D  E
A  B  C  D  E
A  B  C  D  E
A  B  C  //  //

11. ANABOLISME
Conjunt de reaccions destinades a la producción (biosíntesi) de molècules
• Són aquells processos químics
que es produeixen en la cèl·lula i
que tenen com a finalitat
l'obtenció de substàncies
orgàniques complexes a partir
de substàncies més simples amb
un consum d’energia.
• Són anabòlics, per exemple, la
fotosíntesi, la síntesi de proteïnes
o la replicació de l'ADN.

12. ANABOLISME
• Hi ha despesa d’energia (ATP)
• Hi ha reducció de molècules i oxidació del NADH  NAD.
• Pas de molècules simples a molècules més complexes

13. CATABOLISME
• En aquests processos les molècules complexes són
degradades formant molècules més simples.
• Es tracta de processos destructius generadors d'energia,
com ara: la glucòlisi, la respiració cel·lular o les
fermentacions.

14. Vies i cicles metabòlics
Les reaccions metabòliques solen anar lligades les unes amb les
altres; el producte d’una és el substrat de la següent
VIA: Hi ha un substrat inicial i un
producte final, que pot ser l’objectiu
de la via o no
CICLE: No hi ha ni substrat inicial ni
producte final i l’objectiu és algun o
alguns dels productes de les reaccions
A  B  C  D

15. Importància dels enzims en el
metabolisme: CATÀLISI
• En els éssers vius moltes reaccions no es produirien amb prou
velocitat perquè:
Les concentracions són molt
baixes: les molècules no es troben
fàcilment
Si ho fan, han d’estar orientades
de la forma correcta
Les temperatures són massa
baixes, les molècules no tenen
prou energia per superar la
repulsió mútua

16. ELS ENZIMS
En resum, cal una energia d’activació de la reacció; si no hi és,
cal un CATALITZADOR: és a dir un accelerador de la
reacció; en els éssers vius, els ENZIMS.

17. Relació entre catabolisme i
anabolisme
El catabolisme produeix energia i l’anabolisme la necessita
• La forma de transportar l’energia d’un procés a un altre és
amb una molècula: l’ATP

18. Relació entre catabolisme i
anabolisme
El catabolisme produeix energia i l’anabolisme la necessita
• La forma de transportar l’energia d’un procés a un altre és
amb una molècula: l’ATP

19. ATP i ADP

20. ATP i ADP

21. Oxidació / Reducció
• El catabolisme és un procés d’oxidació de metabòlits.
• L’anabolisme és un procés de reducció de metabòlits
Per a que es produeixi una reacció REDOX, en el sistema ha d'haver-hi
un element que cedeixi electrons i un altre que els accepti:
L'agent reductor és aquell element químic que subministra electrons
de la seva estructura química al medi augmentant el seu estat
d'oxidació, és a dir, essent oxidat.
L'agent oxidant és l'element químic que tendeix a captar aquests
electrons, quedant amb un estat d'oxidació inferior al que tenia, és a
dir, essent reduït.

22. Oxidació / Reducció

23. Oxidació / Reducció

24. CATABOLISME

25. TIPUS DE METABOLISME
• Els organismes no es diferencien en la manera d’aconseguir compostos
inorgànics del medi, tots els obtenen d'una manera directa. En canvi, sí es
diferencien en com obtenen les substàncies orgàniques.
• Certs organismes les obtenen a partir de substàncies
inorgàniques, com el CO, HO, NO- , PO-3 , etc.
2 23
4
• A aquests organismes se'ls anomena AUTÒTROFS.
• Altres són incapaços d'elaborar els compostos orgànics a partir
de compostos inorgànics i els han obtenir del medi, són els
organismes HETERÒTROFS.

26. Els organismes a més de materials necessiten també energia. Aquesta pot ser
obtinguda de la llum o de substàncies químiques, tant orgàniques com
inorgàniques. Combinant la forma d'obtenir materials i la d'obtenir energia, tindrem
quatre tipus bàsics de metabolisme:
•FOTOLITOTROFS: Obtenen l'energia de la llum i els materials a
partir de substàncies inorgàniques. Se'ls anomena
també fotoautòtrofs i fotosintètics. Exemple: les plantes verdes.
•FOTOORGANÒTROFS: Obtenen l'energia de la llum i els materials
de substàncies orgàniques. Aquest estrany tipus de nutrició només és
propi de certs bacteris com els bacteris púrpures.
•QUIMIOLITÒTROFS: Obtenen l'energia de processos químics i els
materials a partir de substàncies inorgàniques. Se'ls anomena
també quimiosintètics . Exemple: els bacteris fèrrics, les sulfuroses i
les nitrificants i nitrosificants.
•QUIMIOORGANÒTROFS: Obtenen l'energia i els materials a
partir de substàncies orgàniques. Se'ls anomena
també Quimioheteròtrofs. Exemple: els animals i els fongs.

27. ELS ENZIMS
Segona part

28. Els enzims
• Els enzims solen ser proteïnes, però no
tots ho són (per exemple els ribozims).
• Com a proteïnes tenen les seves
característiques: estructura i forma,
desnaturalització, possibilitat d’unió amb
altres molècules.
• Són biocatalitzadors: acceleren la
velocitat de reacció fins a 109 cops.
• Faciliten el “contacte” entre els substrats i
fan que els estats de transició siguin més
estables.
• Són específics: Catalitzen una reacció
concreta

29. Els enzims
Cal destacar que els enzims són específics . Això vol dir que un enzim pot
actuar sobre un substrat o un grup de substrats relacionats (especificitat de
substrat) però no sobre altres.
la sacarasa, que hidrolitza la sacarosa.
L'especificitat dels enzims ha portat a comparar aquestes amb claus i als substrats amb
panys (model de la clau i el pany).

30. FUNCIÓ
DE
L’ENZIM

31. FUNCIÓ
DE
L’ENZIM

33. Com funciona un enzim? PPT 1

34. Els enzims (PPT 1)
1. El substrat circula lliure pel citosol.
2. El substrat reconeix l'enzim al qual s'ha d'unir, que pot estar lliure pel
citosol o en diferents compartiments de la cèl·lula.
3. El centre actiu de l'enzim ja té una conformació especial determinada,
que permet que el substrat s'uneixi sense necessitat de què hi hagi cap
modificació estructural o sense la intervenció de cap altre molècula.
4. Un cop s'han unit l'enzim i el substrat, formen el que s'anomena el
complex enzim-substrat, el qual és una estructura temporal, que només
té lloc durant l'estat de transició de la reacció catalitzada i al que s'arriba
gràcies a l'energia d'activació.
5. A partir d'aquest moment comença la formació dels productes de la
reacció. Aquests tenen una conformació diferent a la del substrat.
6. Un cop els productes s'han format, són alliberats del centre actiu per seguir
duent a terme la seva activitat.
7. D'aquesta manera, el centre actiu queda alliberat i així, l'enzim pot tornar a
unir-se a un altre substrat, cosa que permetrà que augmenti la velocitat de
la reacció química

35. Mecanisme

36. Exemple: H2O2
La descomposició de l'aigua oxigenada (peròxid d'hidrogen) en aigua i oxigen
2H2O2 → 2H2O + O2
És una reacció que pot transcórrer espontàniament però és extraordinàriament
lenta. En condicions normals es descomponen 100.000 molècules cada 300
anys per cada mol d'H2O
En presència d'un enzim
que hi ha a les nostres
cèl·lules, la CATALASA, el
procés es desenvolupa amb
extraordinària rapidesa (el
bombolleig que es produeix
en tirar aigua oxigenada en
una ferida és a causa d'això)

38. Exemple: La Glucosa
Reacció d’hidròlisi de la glucosa
Glucosa-6-P + H2O  Glucosa + Pi
És eexxeerrggòònniiccaa, però calen 229922,,66 kkJJ//mmooll per trencar l'enllaç fosfoéster. Això
vol dir que per poder obtenir 305,14 kJ/mol de glucosa, haurem de
subministrar pprriimmeerr 229922,,66 kkJJ//mmooll (rendiment net 12,54 kJ/mol de glucosa).
Aquesta energia (292,6 kJ) rep el
nom d’energia d'activació (EA).

40. Enzims
Els enzims són, en general, pròtids. Algunes són proteïnes en sentit
estricte. Altres posseeixen una part proteica i una part no proteica, totes dues
estan més o menys lligades químicament.
La conformació espacial
de la part proteica és la
responsable de la funció
que realitza l'enzim.
Per a això la substància o substàncies que van a
reaccionar i transformar-s'uneixen a l'enzim en
una zona que anomenarem cceennttrree aaccttiiuu

41. Vocabulari
Apoenzim: Part peptídica Cofactors o coenzims: Molècules
no peptídiques
Holoenzim: Apoenzim + cofactors
Centre actiu: Lloc de l’enzim on es produeix la reacció

42. Mecanisme d'una reacció
catalitzada per enzim amb un
substrat únic. L'enzim (EE) s'uneix
a un substrat (SS) i produeix un
producte (PP).
Corba de
saturació
d'una reacció
enzimàtica,
mostrant la
relació entre
la
concentració
del substrat
(S) i la
velocitat (v).

43. Exemple dels rellotges (PPT2)
• Power point 2 (exemple)

44. EEllss ccooffaaccttoorrss // ccooeennzziimmss
• Molts enzims necessiten per a la seva actuació la presència
d'altres substàncies no proteiques: els cofactors.
• En alguns casos es tracta de simples ions, cations en particular,
com el Cu+ + o el Zn+ +.
• En altres, són substàncies orgàniques molt més complexes,
en aquest cas s'anomenen COENZIMS.
Transportadors
d’electrons
Transportadors
d’energia

45. Els coenzims
Algunes especificacions dels enzims:
•NAD + (Nicotinamín adenín dinucleòtid). Es tracta d'un dinucleòtid
format per N icotinamida-Ribosa-PP-Ribosa-Adenina.
•NADP + (Nicotinamín adenín dinucleòtid fosfat). Similar NAD + però amb
un grup fosfat més esterificant el HO- del carboni 2 de la ribosa unida
a l'adenina.
•FAD (Flavin adenín dinucleòtid). Similar al NAD però contenint
riboflavina (una altra de les vitamines del complex B 2 ) en lloc de
nicotinamida.

46. l'ATP es pot transformar en ADP
i Pi (fosfat inorgànic) en hidrolitzar
l'últim dels seus enllaços èster-fosfat,
desprenent més de 7 kcal
per mol d'ATP.

47. Molts processos químics cel·lulars de gran importància: fotosíntesi, respiració
cel·lular, etc. Són processos d'oxidació-reducció. P.e. la glucosa perd electrons
(s’oxida) i l’Oxigen els capta (es redueix) gràcies al NAD+ i NADH+H+
SON ELS TRANSPORTADORS D’ELECTRONS!
+ 2 e-
+ 2 H+
- 2 e-
- 2 H+
el NAD+ és capaç de captar dos electrons, i dos protons (H+), reduint-se i
transformant-se en NADH + H+ .
el NADH + H+ pot cedir aquests dos electrons allà on es necessitin per reduir
a un compost químic, transformant-se de nou en NAD+

48. Factors que condicionen
l’activitat de l’enzim
• Recordem que són majoritàriament d’origen proteic! Per tant
temperatura i pH afectaran a la seva funció.
• La concentració de l’enzim i la concentració del substrat també.

49. Els inhibidors
Determinades substàncies poden actuar sobre els enzims disminuint o impedint la seva
actuació. Aquestes substàncies són els inhibidors. Es tracta de molècules que s'uneixen
a l'enzim impedint que aquest actuï sobre el substrat.
• Existeixen 4 tipus d’inhibició:
• Competitiva
• No competitiva
• Al·lostèrica
• Verins enzimàtics

50. 1. Inhibició competitiva • L'inhibidor i el substrat
competeixen per l'enzim (és
a dir, no poden unir-s'hi els
dos alhora).
• Sovint, els inhibidors
competitius s'assemblen
molt al substrat autèntic de
l'enzim.
• Es tracta d'una inhibició que
depèn de la concentració
de substrat i d'inhibidor.
PPT 3

51. 2. Inhibició no competitiva
PPT 4
• Els inhibidors no
competitius poden unir-se a
l'enzim al mateix temps que
el substrat, és a dir, mai no
s'uneixen al lloc actiu.
• S’uneix de forma reversible.
• L’inhibidor modifica l’enzim
i no es produeix la catàlisi.
• No depen de la
concentració de substrat.

52. 3. Inhibició al·lostèrica • La regulació al·lostèrica és la
regulació enzimàtica o d'una
proteïna per la unió d'una
molècula efectora en la part
al·lostèrica (una part que no
sigui el centre actiu de la
proteína).
• Els efectors que milloren
l'activitat de les proteïnes es
coneixen com activadors
al·lostèrics, mentre que aquells
que disminueixen l'activitat de
les proteïnes s'anomenen
inhibidors al·lostèrics. .
PPT 5

53. 4. Verins enzimàtics • Són molècules que s'uneixen
irreversiblement al centre actiu
de l'enzim impedint de forma
permanent que aquesta actuï.
• Molts tòxics i verins tenen
aquesta forma d’actuar.
toxina peptídica
alfa-amanitina
inhibidor enzimàtic capaç d’aturar
l’activitat de l’ARN polimerasa II
Toxina peptídica inactivadora de
ribosomes (RIP) RICINA
PPT 6

54. Els activadors
Són substàncies que s'uneixen a l'enzim, que es troba inactiu,
canviant la seva conformació espacial tot activant-la.

55. Video-resum
http://www.youtube.com/watch?v=PILzvT3spCQ

56. ESQUEMA GENERAL
DEL METABOLISME
Tercera part