apuntes bioquímica (2013)

Apunte Catalán
Universidad Universidad de Barcelona (UB)
Grado Farmacia - 1º curso
Asignatura Bioquímica
Año del apunte 2013
Páginas 88
Fecha de subida 30/11/2014
Descargas 128

Descripción

apuntes de bioquímica

Vista previa del texto

BIOQUÍMICA Tema 1: AMINOÀCIDS, PÈPTIDS I PROTEÏNES PROTEÍNES: són macromolècules molt versàtils i abundants. Funcions: 1. Catalitzadors enzimàtics.
2. Transport i magatzem (hemoglobina i mioglobina).
3. Moviment: contracció muscular, mitosi...
4. Suport mecànic (col·lagen).
5. Protecció immunològica (anticossos).
6. Generació i transmissió de l’impuls nervios (receptors).
7. Creixement i diferenciació cel·lular (hormones i factors de transcripció).
8. De reserva (ovoalbúmia, caseïna de la llet).
AMINOÀCIDS: és la part que forma les proteïnes. Estan sempre en medi aquós (l’aigua es el component més important dels organismes). Els aminoàcids són compostos amb un grup carboxil i un grup amina.
 Tenim 20 aminoàcids diferents que formen part de les proteïnes. Es diferencien pels radicals (R).
 La seva forma és la següent: A no ser que “R” sigui H, tindrem una molècula asimètrica (tots els radicals diferents). Els carbonis asimètrics desvien la llum polaritzada  trobem dos isòmers possibles (diferents formes d’anomenar-los R/S, L/D): llum cap a costats diferents.  La majoria d’aminoàcids pertanyen a la forma S o L (es diu que s’ha conservat la forma inicial que es va formar a la sopa prebiòtica).
 Característiques de grup R: els aminoàcids variaran per la naturalesa del grup R en: 1. Mida i forma (més o menys volum).
2. Polaritat: en la capacitat de formar ponts d’hidrogen i el caràcter hidrofòbic.
3. Càrrega.
4. Reactivitat química.
 Classificació dels aminoàcids: 1. Aminoàcids amb cadenes laterals no polars o alifàtiques 1 El grup R no és polar. Trobem: - Glicina: únic aa sense amb simetria òptica.
- Prolina: el grup R forma un cicle amb el grup amina.
- Metionina: té un cert caràcter polar que més o menys s’anul·la (la trobem en dos grups.
2. Aminoàcids amb cadenes laterals polars o sense càrrega Hi haurà dos àtoms amb diferent electronegativitat (no carregats).
- Serina: en l’enllaç C-OH els electrons estan desplaçats cap a l’oxígen  és més electronegatiu.
- Cisteïna: pot formar els ponts disulfur.
- Metionina: també la trobem al grup 1.
3. Aminoàcids amb grup R aromàtic Són els més hidrofòbics.
4. Aminoàcids amb el grup R carregat positivament o bàsic 2 Histidina: pot agafar un protó i tenir una càrrega estabilitzada gràcies al seu anell aromàtic.
5. Aminoàcids amb el grup R carregat negativament o àcid  Trobem aminoàcids que poden ser modificats per mitjà de: 1. Hidroxilacions: trobem el mateix aminoàcid, però se li ha afegit un grup OH.
2. Metilacions: li afegim un metil a l’aminoàcid.
3. Acetilació: li afegim un etil a l’aminoàcid.
4. Fosforilació: li afegim un fòsfor a l’aminoàcid.
Una proteïna pot tenir moltes combinacions diferents i amb aquestes modificacions els aminoàcids canvien totalment.
 Podem trobar aminoàcids que no formin part de les proteïnes.
 Els aminoàcids poden ser: 1. Essencials: no es poden sintetitzar, s’han d’adquirir amb la dieta.
2. No essencials: el cos els sintetitza.
 Els aminoàcids en medi cel·lular acostumen a trobar-se a pH=7. Ara bé, al tenir càrrega (el grup amina i el grup carboxil), dependrà del pH del medi. Això farà que actui com a àcid o com a base (donant o rebent protons).
EQUACIÓ DE HENDERSON-HASSELBACH 3 Comprovació de l’equació de Henderson - Hassellback Amb aquesta equació podem deduir que:  Si pH=7 i pKa=7  log[A-]/[HA] = 0 (tenim igual concentració de forma protonada que desprotonada.)  Si pH < pKa  log[A-]/[HA] < 0 (hi ha més forma protonada que desprotonada.)  Si pH>pKa  log[A-]/[HA] > 0 (hi ha menys forma protonada que desprotonada.) Els aminoàcids poden actuar com àcid o bases dèbils (en pH fisiològic (7) el grup amino i l’àcid es troben ionitzats  ions dipolars (forma zwitterion).
 Concepte de pKa: és el pH al qual el 50% de les molècules tenen el grup ionitzat: [AH]=[A-]. La capacitat tampó és màxima en propietats del pKa: un àcid és més fort com més baix és pKa, una base és més forta com més alt és el pKa.
 Concepte de punt isoelèctric (PI): és el valor de pH on la càrrega elèctrica neta de l’aminoàcid és 0  podem perdre o guanyar un protó. Per això diem que: Depenent de si és àcid o base perdrà o guanyarà un protó el grup carboxil, amino o a vegades R.
 Valoració de la glicina (per trobar PI): mirarem quines són es formes de l’aminoàcid quan el medi és àcid, neutre o bàsic.
4 - Quan la càrrega és +1: medi molt àcid: tant el carboxil com l’amina agafen un protó.
- Quan la càrrega és 0: el grup amina està protonat i el carboxil no.
- Quan la càrrega és -1: predomina la forma no protonada en el carboxil i l’amina.
Valoració del glutamat: - Quan pH=1: tot està protonat (càrrega +1) - Si augmento el pH, el carboxil perdrà un protó (càrrega neutre, 0).
- Si encara l’augmento més, es perd un altre protó del grup R (càrrega -1).
- Si segueixo augmentant-lo el grup amino perdrà el seu protó (càrrega -2).
· Al mirar PI regiran Pka1 i pKR, ja que guanyen o perden protons quan la càrrega és 0.
· Un aminoàcid àcid tindrà un PI petit, ja que a pH fisiològic la càrrega serà negativa. Amb aminoàcids bàsics passarà el contrari (PI petit, càrrega neta positiva).
 Nivells d’estructura de les proteïnes: n’hi ha 4 (primària, secundària, terciària i quaternària).  S’aplica a proteïnes globulars.
ESTRUCTURES PRIMÀRIES: l’enllaç peptídic - Les proteïnes són polímers lineals formats per l’enllaç de tipus peptídic (o amida).
- Una sèrie d’aminoàcids units amb l’enllaç peptídic formen una cadena polipeptídica o un polipèptid. Cadascun dels aminoàcids s’anomena residu.
- Cadenes polipeptídiques; tenen una part repetida de forma constant (cadena principal/backbone) + part variable (cadenes laterals dels aminoàcids).
5 - Si tenim una cadena peptídica amb més de 40 aminoàcids parlarem de proteïnes, mentre que si en té menys de 40 parlarem de pèptids.
- Per acord prendrem com a inici de la cadena la part N-terminal (amino-terminal) i com a final C-terminal.
- No només es formen enllaços covalents entre aminoàcids. Per exemple: la cisteïna pot formar ponts disulfur unint-se amb l’oxidació del grup R.
- L’enllaç peptídic és un pla a causa e les formes ressonants: no tenen llibertat de gir.
La forma ressonant més estable és la trans.
- Les unions d’enllaços peptídics són unions de diferents plans: tenim llibertat de gir (hibridació sp3): a diferència de l’enllaç amida (C-N) en que tots els àtoms estan al mateix pla, els enllaços N-Cα i Cα-C poden rotar, de manera que la cadena principal de les proteïnes o “backbone”, no es una estructura rígida.
- En la disposició espacial d’un pèptid, es defineix aquest segons el seu gir: Rotació dels enllaços entre N-Cα (φ) i entre el Cα-Carboxilic (ψ)  Diagrama de Rmachandran: per definir les proteïnes a partir dels angles entre pla i pla.
Determinarem l’angle més probable.
- Els radicals estaran en posició alternada entre els enllaços peptídics (el més apartat que puguin: un a dalt i un a baix: trans (més estabñe)/cis (forces estèriques)).
La prolina és l’únic aminoàcid on el residu està unit al grup carboxil: tant cis com trans tindràn interaccions estèriques.
- La cadena polipeptídica pot canviar d’orientació.
Tema 2: ESTRUCTURA TRIDIMENSIONAL DE LES PROTEÏNES ESTRUCTURA SECUNDARIA: es dóna una cadena polipeptídica a l’espai degut als ponts d’hidrogen establerts entre els àtoms que formen part dels enllaços peptídics. N’hi ha de diferents tipus: 6 1. Hèlix  (-hèlix)  helicoidal: el pont d’hidrogen s’estableix entre un c carboxil d’un aminoàcid (posició 1) i l’hidrogen unit a nitrogen d’un altre aminoàcid (col·locat a 4 aminoàcids més enllà (n+4)  Es va plegant en forma d’hèlix.
Paràmetres geomètrics: - La distància d’una volta amb l’altra són 5’4 Å (pas d’hèlix): són necessàris 3’6 aminoàcids (cada un medeix 1’5 Å).
- La volta pot ser cap a la dreta (dextrògir, més freqüent) o cap a l’esquerra (levogir).
Forma dextrogina: els radicals dels residus estan en una posició més externa i perpendicular a l’eix de l’hèlix.
Condicions que afecten a l’estructura hèlix-: - Estabilitzen: · Ponts d’hidrogen entre grups R.
· Interaccions iòniques entre grups R.
· Forces hidrofòbiques entre grups aromàtics.
- Desestabilitzen: · Forces de repulsió entre grups R carregats.
· Grups R voluminosos i/o ramificats.
· La presència de residus de prolina.
Exemples de proteïnes: Ferramina, mioglobina.
2. Estructura fulla : s’estableixen els ponts d’hidrogen amb residus molt allunyats i fins i tot amb altres cadenes polipeptídiques.
- Estaran plegades antiparal·lelament  Estructura estirada. Aquestes unions amb ponts d’hidrogen estabilitzen la molècula. (Si fossin paral·leles seria una estructura més inestable pel tipus de ponts d’hidrogen creats).
7 - Una mateixa cadena polipeptídica pot donar àtoms per unir-se a una o més cadenes polipeptídiques.
- Al ser estructures estirades, és més gran que l’helicoidal.
- Exemple: proteïna que uneix els àcids grassos.
3. Estructura gir : s’estableixen els ponts d’hidrogen entre n i n+2  Està més plegada que hèlix , es girarà.
Quan hi ha una prolina en una estructura hèlix es produeix un canvi de direcció a la cadena que facilita el gir.
DOMINIS D’UNA PROTEÍNA: zones compactes de la proteïna, d’una mida aproximada de 100 a 400 aminoàcids, connectades per la següent cadena polipeptídica flexible. Cada domini té una funció concreta de la proteïna.
Es diu que podrien venir de la fusió d’unes proteïnes molt antigues: Subunitat A + Subunitat B  C (proteïna actual) 8 Aquesta nova proteïna té més avantatges que A i B per separat i per això el cos les forma unides.
ESTRUCTURA TERCIARIA: formada amb la interacció dels radicals dels residus. Està enrotllada en l’espai.
Exemple: depenent de si es troba en medi hidròfil o hidrofòbic seran diferents  Prolina (proteïna de membrana: part hidrofòbica i part hidròfila).
ESTRUCTURA QUATERNARIA: quan trobem la proteïna formada per més d’una cadena polipeptídica i quan hi ha diferents subunitats que interaccionen amb altres.
9 CLASSIFICACIÓ DE LES PROTEÏNES: 1. Proteïnes fibroses: - Filaments llargs i prims, molta resistència i normalment insolubles.
- Majoritàriament un únic tipus d’estructura secundària.
2. Proteïnes globulars: - Plegament globular compacte.
- Normalment contenen més d’un tipus d’estructura secunària.
- Són les més abundants (enzims, proteïnes reguladores, etc.).
 PROTEÏNES FIBROSES: Exemples:  -queratina: component principal de la llana i el pell.
Són dues helix adextrogires enrotllades entre si per formar una superhèlix levogir. Les dues hèlixs de l’α-queratina estan encreuades per interaccions febles tipus Van der Waals i iòniques.
Estructuralment 3.5 residus/volta. Les dues hèlix interaccionen cada 7 aminoàcids. Les dues cadenes estan també unides per ponts de disulfur format entre dos cisteïnes. El nombre de ponts de disulfur determina la duresa.
 Cisteïna: formen pont disulfur. És una proteïna lineal resistent.
 Col·lagen: és una proteïna del teixit conjuntiu d’ossos, tendons, cartílags, etc. Són fibres insolubles i molt resistents. La seva estructura secundaria és específica (triple hèlix de col·làgen). La seva subunitat bàsica és el tropocol·làgen.
 Tropocol·lagen: són 3 cadenes polipeptídiques enrotllades entre elles cada 3 aminoàcids trobem una glicina, a més, tenen abundància en prolines modificades (hidroxilines)  S’hidroxilen les prolines i les glicines (hidroxilines: s’afageix un grup OH (hidroxil) a la molècula). Perquè succeeixi la hidroxilació és necessari l’àcid escorbi (vitamina c). La presència de la glicina (R=H) es essencial per la formació de cadenes de col·lagen  Forma ponts d’hidrogen amb el radical de la glicina.
- Formació del tropocol·lagen: Primer la cèl·lula sintetizerà les cadenes polipeptídiques que es tenen que trobar i unir.
El tropocol·lagen es forma a partir d’una molècula precursora anomenada procol·lagen. Aquest té un pes molecular més gran, ja que les cadenes són més grans, que el perdran amb la maduració quan perdin un tros de cadena perquè s’enrotllin millor les cadenes.
10 Si mirem la composició que es perd veurem que està ric en cisteïnes (fa que s’enrotllin les cadenes)  es separen els extrems.
- La composició de les fibres de tropocol·lagen fa que es formin unes estries en el col·lagen . Hi ha un enzim que uneix covalentment el residu de la cadena de tropocol·lagen amb l’altre (resistència).
- La fibra de col·lagen forma part de la matriu extracel·lular (es sintetitza a fora). La cèl·lula primer formarà tres cadenes en forma de procol·lagen (molt enrotllades) que surten fora. A fora, l’enzim talla i converteix el procol·lagen amb tropocol·lagen  A partri de la seva unió es forma el col·lagen.
- Amb el col·lagen podem tenir varies malalties: · Osteogenesis imperceta: glicina (988) passa a cisteïna  Ossos deformables que es trenquen amb facilitat, ja que la glicina és important perquè es formin bé les tres cadenes (no estan totalment enganxades).
· Escorbut, deficiència d’àcid ascòrbic: prova lesions cutànies i fragilitat capil·lar.
· Síndrome de Thlers-Danlos: és una anomalia en l’eliminació de procol·lagen.
Provoca una pell estable, amb articulacions hipermòbils.
DETERMINACIÓ DELS NIVELLS D’ESTRUCTURA DE LES PROTEÏNES: La configuració de les proteïnes del nostre cos és la més estable  Es poden desnaturalitzar, però el cos té mecanismes per això: com la xaperona Hsp 70 (impedeix que les proteïnes perdin les seves estructures).
Per exemple: s’agafa una proteïna i es talla en ponts disulfur: tots els grups sulfídits van quedar lliures i van treure l’ambient reductor per desnaturalitzar-la.  Espera a veure si la proteïna es torna a plegar (unió de cisteïnes) i si la proteïna es torna activa (baixa probabilitat).  Al cap de milions d’anys passa (al laboratori ho fa ràpidament).  Les proteïnes tarden poc a plegar-se elles mateixes, estan dirigides a una direcció concreta. Al final però, tot depèn de l’estructura primària.
11 Seminari: TÈCNIQUES PER A L’ESTUDI DE LES PROTEÏNES PROBLEMA: aïllar una proteïna per caracteritzar-la. Aquest enzim fa que el producte A passi a producte B.
Per aïllar la proteïna: a. L’aïlles del teixit.
b. Introdueixes material genètic.
12 Aïllament de teixit: Tenim un enzim hepàtic que només es troba en el fetge. Primer de tot anirem a mirar un animal semblant a l’home (porc)  Agafarem el seu fetge i a partir d’aquest extraurem la proteïna que codifica per aquest enzim. S’ha de guardar a 4ºC perquè no perdin les propietats. Comencem el procés d’aïllament: 1. Homogenització: usarem homogenitzadors: amb això trencarem la cèl·lula  usem una dissolució tampó a pH fisiològic (si és una proteïna de membrana, al ser hidrofòbica no es trenca. Aleshores ho posarem en un medi on la proteïna sigui soluble).
2. Separació: de diferents proteïnes que es troben al nucli, citosol, ... depenent d’on estigui la proteïna. Això ho puc fer de diverses formes: a) Centrifugant: els orgànuls més pesats quedaran en un precipitat (pele). Al sobrendant quedaran els atres orgànuls menys pesats i el citosol. Amb més centrifugacions, al final només tindrem la part cistosòlica al pele.
Cada proteïna té una determinada solubilitat en sals  Concretament usarem el sulfat d’amoni ((NH 4)2SO4)  Formació d’un precipitat (insoluble)  Mirem si la proteïna està en aquest.
b) Per diàlisis: separació de molècules petites usant una membrana semi-permeable  Les separem segona la grandària. Per saber si la proteïna ha sortit: agafo una part del pele i poso el producte A i agafo una part del sobrendant i hi poso també A. Si es forma B, sabrem on està la proteïna, ja que: A + enzim  B 3.
Cromatografies: per separar proteïnes. És una tècnica en la qual separes una proteïna entre la fase mòbil i l’estacionaria.  Cromatografies en columna (a dalt la fase mòbil i a baix l’estacionària)  Tiro la barreja i depenent de la naturalesa de les fases, algunes s’uniran a una fase o a l’altra. Tipus: 13 a) Cromatografia de gel-filtració: tenim un gel que són boles de polímers creuats entre ells  Poso la barreja de proteïnes. Algunes molècules quedaran més retingudes que altres. A soto poso iun tub per agafar les molècules que sortiran. Les primeres seran les que no seran retingudes (PM (pes molecular) més gran) i les segones volum dels pors). Miraré si tinc la proteïna amb el producte A.
Volum d’el·luició: volum necessari perquè surtin les proteïnes  Les proteïnes petites tenen un volum d’el·luició més gran que les grans i viceversa.  Puc saber el PM de la proteïna.
b) Cromatografia de bescanvi iònic: em quedaré proteïnes les com la meva pel que fa la càrrega.
Usarem polímers carregat químicament ((+) o (-)).
Si els polímers estiguessin carregat positivament es retindrien o eluirien més tard que les carregades negativament.
 Per eluir una proteïna unida a la columna  Canvi de pH (cal controlar la desnaturalització) o canviant la força iònica (exemple: canviar les sals: amb NaCl  competirà amb les proteïnes i es quedarà les càrregues)  pot ser continua (la més eficient. Cal canviar de cop el pH, força iònica) o discontinua (poc a poc).
c) Cromatografia d’afinitat: específica per la proteïna. Sabem que la nostra proteïna agafa el substracte A i passa a B. Aleshores farem que només s’uneixin les proteïnes que ho facin (retingudes).  Per eluir la proteïna retinguda farem un canvi de càrrega (unió càrrega - enzim es desfarà).
En aquest moment podem suposar que tinc la proteïna (enzim) aïllada). Aleshores usaré diàlisis quantitatives per saber si tinc la proteïna pura.
4. Electroforesis de gel d’acrilamida: tècnica que permet que els substàncies es moguin del pol + al pol – a través del camp elèctric. Les proteïnes, depenent 14 de si tenen més o menys càrrega aniran al pol + i al pol -. Normalment una proteïna pH=7, té càrrega negativa  va al càtode (pol positiu).
Perquè es moguin posarem un gel (acrilamida) sobre l’aparell i a l’interior un líquid. Entre el gel i el líquid posem la proteïna que migrarà  Velocitat depenent de la relació càrrega/massa.
L’acrilamida fa reaccions en cadena, es molimeritza i crea una espècie de polímers en xarxa (enganxats en ells mateixos)  Necessitem un catalitzador (biacrilamida).
 Sabré quines proteïnes són, ja que hi ha substàncies que reaccionen amb aquesta i donen calor a la proteïna. Si obtenim moltes bandes de diferents colors, hi ha moltes proteïnes. Si és un únic color, tinc la proteïna aïllada.
5. Electroforesis amb SDS: (dodectil sulfat sòdic): quan a l’acrilamina se li afegeix SDS hi haurà molta càrrega negativa (ja que conté sulfat).
S’enganxarà molt més a la proteïna (com més gran sigui, més molècules de SDS se li enganxaran)  Relació q/m és la mateixa  depèn sobretot del tamany (mes massa  càrrega positiva, menys massa  càrrega negativa).
Totes tindran igual velocitat  Les proteïnes es separen segons el tamany.
Amb això puc estar quasi segur de que tinc la proteïna pura. Però per estar-ho encara més faré: 6. Isoelectroenfoc: la nostra es mou per un suport amb gradients de diferents pH  Deixa de córrer en el punt isoelèctric (quan la càrrega és 0).
Determinació de la seqüència proteica (degració d’Edman): a) Per determinar la seqüència primària s’utilitza el fenilisotiosianat (reconeix només els grups amino terminals de la proteïna).  Reacció en cadena en la qual es desprèn el primer residu (volàtil)  Amb un aparell: Poses 1 l de la proteïna (pura). A l’aparell fenilisotiosianat  Reacció (marxen els components volàtils  S’analitza la proteïna i la seqüència d’aminoàcids (una vegada per aminoàcid).
 Cada cop hi ha més contaminació, per això es poden seqüenciar com a màxim de 20 a 30 aminoàcids  Puc tallar i separar els diversos talls (pèptids).  Seqüèncio els diversos pèptids  Podem fer-ho a llocs específic (enzims) un cop hem determinat la seqüència.  OREDRE: tripsina i quimiotripsina : Sabem quins aminoàcids hi ha abans que comenci b  sabem l’ordre.
b) Per mirar la seqüència secundària o terciària mirarem la cristal·lització de les proteïnes: 15 1. Posem les proteïnes amb un medi en concentració de sals.
2. Esperem uns dies.
3. Cristalitzen.
Quan tenim un cristall faig la tècnica de difracció de raig X (poses la proteïna i fas incidir els raigs X  Per la càrrega es difractaran a la dreta o a l’esquerra  veiem la disposició d’àtoms a l’espai).
Un programa d’ordinador fa coincidir la seqüència primària amb la densitat de la càrrega.
Tema 3: PROTEÏNES: RELACIÓ, ESTRUCTURA I FUNCIÓ: Mioglobina i hemoglobina FUNCIÓ DE L’HEMOGLOBINA: El transport d’oxigen: dels alvèols pulmonars fins als teixits (ex: múscul), on cedeix l’O2 a la mioglobina  Emmagatzema quan el múscul la necessiti.
ESTRUCUTURA DE LA MIOBLOBINA I L’HEMOGLOBINA: Tenen subunitats semblants. Són proteïnes conjugades: la proteïna està formada per una part només d’aminoàcids (part 16 proteica) + part funcional sense aminoàcids (part prosteica). Aquesta última part és qui dóna la funció i en la hemoglobina és el grup hemo.
 Estructura del grup prostètic Hemo: de l’hemoglobina. Té una part orgànica (4 pirrols units entre ells  Pirrol: anell de 5 àtoms que conté un nitrogen) amb dues molècules sense ferro i l’altre amb ferro.
El ferro pot estar en dos estats: a. Ferrós (2+): funcional  Ferrohemoglobina b. Fèrric (3+): no funcional  Ferrihemoglobina  Estructura terciària de la mioglobina: (ubicació del grup hemo): - Va esbrinar-ho John Kendrew. Mioglobina: 8 hèlix + 4 prolines en 4 hèlix.
- Hi ha diferents aminoàcids que tenen com a subunitats dues histidines que influeixen en el fet de que tant l’oxigen com el grup hemo s’uneixin a la mioglobina: 1. Histidina proximal: a la hèlix F8.
2. Histidina distal: una mica més distant E7.
- En quant al ferro, comparteix electrons amb altres àtoms amb una valència de coordinació 6.  quatre electrons equatorials per unir-se als pirrols, el 5è s’uneix amb l’histidina proximal, i l’altre transporta oxigen.
 En els pulmons, el sisè electró s’uneix amb l’oxigen i parlem d’oximioglobina i quan cedeixi d’oxigen de desoximioglobina.
 Necessitat de la part proteica per assolir la funció: la part proteica que s’uneix al grup hemo  Participa en crear un microambient que impedeix l’oxidació espontània del grup ferrós a fèrric. Funció de la histidina distal: impedir la unió del CO.
 Unió de CO i O 2 al grup hemo: la histidina és la que regula la unió de ferro. La distal impedeix la unió Fe-CO, però permet la unió Fe-O 2.
- És una estructura proteica que afecta a l’unió del lligand.
- CO s’uneix 20000 vegades millor al grup aïllat que l’O 2 (sense histidina).
- CO s’uneix 200 vegades millor al grup hemo en la mioglobina que en l’O 2  Gràcies a la histidina: transport d’O2.
- El ferro només es pot unir a CO o O2 (té sis valències)  Aquests dos competeixen.
 Estructura quaternària de l’hemoglobina: Està formada per quatre subunitats: en cada una tenim el grup hemo (4 llocs d’unió): a. Dues cadenes  de 141 aminoàcids.
b. Dues cadenes  de 146 aminoàcids.
- Pel que fa a l’estructura terciària de l’hemoglobina té la mateixa estructura que la mioglobina però tetramèrica.  Cadenes diferents que conserven aminoàcids essencials.
17 - Max Perutz: cristal·litza l’hemoglobina.
 L’hemoglobina que tenim d’adults és diferent a la que tenim al ser fetus o embrions: les cadenes que la formaven eren diferents. De fet, tenim cadenes que no s’expressen.
En el cas del fetus no s’expressa la histidina 143 i perquè el fetus pugui agafar oxigen substitueix la histidina 143 per la serina 143.
 Els aminoàcids permanents en l’hemoglobina són els següents:  L’hemoglobina és una proteïna al·lostèrica: 1. La unió a l’oxigen és cooperativa.
2. La seva afinitat per l’oxigen depèn del pH (de la concentració d’hidrogen i de la concentració de diòxid de carboni).
3. Aquesta afinitat ve regulada pel 2,3-bifosfoglicerat (BPG).
 Corba d’unió o dissociació d’oxigen: L’hemoglobina transporta oxigen i quan arriba al múscul el cedeix a la mioglobina. Si mirem la captació d’oxigen: a. Hemoglobina: segueix un comportament sigmoidea a cooperativitat positiva: al principi li costa agafar oxigen i després no tant.
El comportament sigmoidea permet que l’hemoglobina agafi oxigen quan la seva pressió és molt alta i que la mioglobina n’agafi a pressions baixes.
b. Mioglobina: té un comportament hipèrbole (capta oxigen de forma diferent  És un tetràmer (estructura quaternària). [La hemoglobina no té estructura quaternària, ja que té una cinètica diferent.]  Suposem que estem als alvèols pulmonars. Mesurem el % de saturació de l’oxigen  A pressió de 120 la hemoglobina no està saturada (agafa oxigen).
Als teixits aquesta pressió disminueix (perquè està més present als pulmons quan respiro). La hemoglobina té un 50% d’oxigen, l’altre l’ha donat al teixit  La mioglobina agafa oxigen per si el teixit el necessita.
18  Mode seqüencial de Koshland: patró cinètic de l’hemoglobina per l’oxigen.
L’hemoglobina té molt poc substracte, i la primera molècula de substracte s’ajuntarà a una subunitat fent que passi d’una forma tensa (inicial) a relaxada.  La segona molècula de substrat s’ajunta amb més afinitat i així successivament  Degut a una reacció d’equilibri on com més molècules de substrat posem, més tendeix a la forma relaxada.
 Base molecular dels efectes al·lostèrics: es mira la posició del ferro en la desoxihemoglobina; i tindrem: - Interacció del grup Hemo a la proteïna.
- Plànol de la profirina lleugerament convex a causa de l’atracció que genera la histidina.
 La presència d’oxigen fa que el ferro es mogui  canvia tota la conformació de la cadena polipeptídica (tensa/relaxada). Les interaccions entre  i  (cadenes polipeptídiques) no són iguals, d’aquí el comportament sigmoide de l’hemoglobina.
 Funció de l’hemoglobina: transport d’oxigen La hemoglobina agafa productes d’un teixit ja utilitzar per emportar-se’ls i regenerar-los (hidrogen i diòxid de carboni).  Els enganxarà i només ho farà si creu que ho ha de fer: a. En protons: Exemple: la cinètica de saturació de l’hemoglobina per oxigen depèn de hidrogen i quan l’hemoglobina detecta una baixada de pH (hi ha protons lliures), una de les histidines agafa hidrogen.  L’hemoglobina és sensible al pH.
b. En diòxid de carboni: a mesura que augmenta la pressió de diòxid de carboni, es desprèn oxigen (per l’hemoglobina que agafa CO 2.
 Si trobem protons i diòxid de carboni, l’hemoglobina desprèn tot l’oxigen ( Grups n-terminals de les cadenes que porten oxigen).
19 Si canviéssim el pH, tornaríem a tenir canvis pel que fa al desprendiment i l’acceptació de molècules Efecte del BPG: (2,3-biofosfoglicerat): té la funció de regular la quantitat d’hemoglobina per oxigen quan  l’hemoglobina troba BPG la seva afinitat per l’oxigen es redueix molt, ja que s’ajunta a un lloc entre les quatre cadenes polipeptídiques de l’hemoglobina.
Això ho fa la histidina 143: que no es troba en l’hemoglobina fetal. Això fa que capti molt poc oxigen i que per obtenir-lo l’hemoglobina l’hemoglobina de la mare passi a del fetus.
 Malalties a causa d’anomalies en l’hemoglobina:  Anèmia falciforme: és el canvi de Glu  a Voal (hemoglobina S) en homocigosi.
La desoxihemoglobina tendeix a formar agregats fibrosos que distorsionen la forma natural dels eritròcits i els fan més fràgils.
En algunes regions d’Àfrica l’anell mutant és relativament freqüent. La causa pot ser que l’heterocigosi és suficient per conferir certa resistència a les formes letals de la malària.
 Talsèmies: anèmies hereditàries caracteritzades per una síntesi defectuosa de proteïnes.
Tema 4: CINÈTICA ENZIMÀTICA Característiques generals dels enzims: 1. Augementen la velocitat de la reacció.
2. No modifiquen l’equilibri de la reacció.
20 3. No canvien la termodinàmica de la reacció.
4. No es gasten en el procés.
5. Són molt específics en el substrat.
6. Són específics per a una reacció concreta.
7. Treballen a 37 ºC i a pH del teixit.
AUGMENTEN LA VELOCITAT DE LA REACCIÓ La reacció ha de ser superar un estat de transició per donar un producte. D’aquest en depèn la velocitat de la reacció (canvia ∆G) i no els paràmetres termodinàmics).
L’espontaneïtat depèn de ∆G  casos: a. ∆G<0: espontània b. ∆G>0: no espontània c. ∆G=0: en equilibri Per a una determinada concentració de productes i reactiu, tenim que: ∆G = ∆Gº + RTln([P]/[R]) Si ∆G=0  Reaccionem mb la constant d’equilibri: ∆G = -RTln(Keq) on Keq=e -∆Gº/RT Els enzims no alteren Keq, sinó que en modifiquen la velocitat: ordenarà la reacció afectant a l’entropia i l’entalpia de l’estat de transició.
 Demostració matemàtica: de com es modifica la velocitat de reacció: A+BC+D - La velocitat de reacció determinada per la llei d’acció de masses: - Segons la teoria de l’estat de transició: La velocitat depèn de dos factors: a. Entropia: on l’enzim disminueix l’entropia de l’ET (més ordenat).
b. Entalpia: on l’enzim, al reconèixer el substracte, facilita la creació i ruptura d’enllaços.
 L’enzim té una comformació que ajuda que el substracte arribi a un estat de transició  centre actiu: lloc on el substracte s’uneix a l’enzim. Té un centre de fixació i un centre catalític que facilita la ruptura d’enllaços.
 Especificitat dels enzims: - Els enzims catalitzen una única reacció o un grup de reaccions molt relacionades.
- Especificitat = capacitat de discriminar, reconèixer i unir un determinat substrat.
- L’especificitat resideix essencialemnt en els centres de fixació del centre actiu.
21  L’especificitat es deu al a interacció precisa del substrat amb l’enzim. Aquesta precisió és resultat de la complexa estructura tridimensional de la proteïna enzimàtica.
Exemple: tripsina, un enzim que talla pèptids (només si hi ha Lys, Or, Arg). Es pot indicar quin aminoàcid han de tallar en concret (farmacèutic).
 Models per explicar la interacció enzim – substrat: 1. Model de Fisher: el centre actiu (enzim - substrat) és complementari. El substrat s’hi adapta com una clau al pany.
2. Model Koshland: l’enzim no està preparat per ser completat quan el substrat és reconegut per l’enzim.
El centre actiu és complementari a l’estat de transició (ET) del substrat.
3. L’enzim fa que la reacció sigui més ràpida amb un comportament cinètic diferent  Quan no tinc enzim (cinètica de primer ordre): gràfica diferent.
 Equació de Michaelis-Menten (Briggs i Haldane): - Vindrà determinada per constants.
- [ET] = [E] + [ES] : o bé es forma el complex amb el substrat.
- Premisses: [S]>>>>>>[E]: hi ha molta més concentració de substrat que d’enzim.
- Les reaccions passen a un estat estacionari: - Demostració: 22  KM: per simplificar: - Si K-1>>>>K+2, podem depreciar K+2  - Si KM és molt baixa, l’enzim és molt afí amb el substrat.
Si KM és alta, la unió és dèbil.
- La KM representa la constant d’afinitat de l’enzim pel substrat.
- KM: concentració del substrat per arribar a vmàx.
 Vmàx: Número de recanvi de l’enzim (K2): és el número de molècules de substrat convertides en producte per unitat de temps per una molècula d’enzim quan aquest està totalment saturat pel substracte (K cat).
 S’ha intentat linealitzar la hipèrbole: Representació de Lineweave – Burk:  Reaccions amb més d’un substrat: Fixarem un substrat per trobar les propietats de l’altre.
Hi ha dos grups d’enzims que s’uneixen al substrat: a) Seqüencial: una darrera l’altra (ordenat a l’atzar). Els substrats s’uneixen a l’enzim. Poden ser: 23 - Ordenats: els substrats han d’unir-se a l’enzim de forma ordenada (Ex: de piruvat a lactat).
- A l’atzar: s’ajunten substrats per formar els productes, però no hi ha preferències (Ex: de creatina a fosfocreatina).
b) Ping-pong: primer s’uneix un substrat, es produeix un producte que passa a substrat, es produeix un producte...  L’enzim modifica primer el substrat quedant ell alterat i agafa un altre substrat per donar-li el que acaba d’agafar.
 Cinètiques no Michaelanes: enzims alostèrics: (no segueixen una hipèrbole) Els enzims que no segueixen aquesta cinètica en segueixen una de sigmoide (com Hb)  Quan s’ajunta la primera molècula de substrat fa que s’uneixi millor la segona.
Equació de substracte:  Veiem com l’activitat enzimàtica està regulada pel substrat.
Tema 5: REGULACIÓ DE L’ACTIVITAT ENZIMÀTICA. CATÀLISIS ENZIMÀTICA Una via metabòlica està regulada per diferents senyals, a part de la velocitat que li dóna el substrat.
L’activitat dels enzims ve regulada per: 24 1. Concentració de substrat (vist anteriorment) 2. Moduladors: inhibidors/activadors no al·lostèrics/al·lostèrics 3. Proteïnes reguladores 4. Modificacions covalents: fosforilació/desfosforilació 5. Activació proteolítica 6. Regulació de la quantitat de proteïna: Trascripció, traducció i posttraduccional MODULADORS Inhibidors: n’hi ha de dos tipus diferents: a) Reversibles: l’inhibidor interacciona amb l’enzim i l’inhibeix  quan l’inhibidor marxa l’enzim recupera la seva activitat.
Tipus: (cada un una forma diferent de velocitat) - Inhibidors reversibles competitius: l’inhibidor competeix amb el substracte per unir-se al centre actiu de l’enzim.  Si s0hi uneix l’inhibidor no hi ha reacció, si no s’hi uneix succeeix la inhibició. Hi haurà un canvi en la cinètica (velocitat): disminuirà.
Mirem com varia Vmàx i KM. La cinètica de reacció ve determinada per: - Inhibidors reversibles acompetitius: el substracte pot unir-se a l’enzim encara que aquest tingui inhibidor.  Complex inhibidor – enzim – substracte: és inactiu (el substracte i l’inhibidor s’uneixen a diferents llocs de l’enzim.
L’equació està modificada de la següent forma:  Si augmentem , disminueix Vmàx i KM també  1/ KM augmenta.
 L’inhibidor fa que augmenti l’afinitat substrat – enzim  Els inactiva.
- Inhibidors reversibles no competitius (mixte): l’inhibidor pot unir-se a l’enzim competint amb el substracte o unint-s’hi i formant el complexe: enzim – substracte – inhibidor.
 El tipus de representació és un cas específic de la no competitiva: quan l’afinitat pel complexe és igual  Vmàx disminueix i KM es manté igual.
25 b) Irreversibles: l’inhibidor modifica l’activitat de l’enzim permanentment  Exemple: productes químics que s’uneixen permanentment a l’enzim i no els separen (menys freqüent)  En recerca.
Exemple: la penicilina és l’inhibidor irreversible d’un enzim que està involucrat en la formació de la membrana dels bacteris  Pot entrar dins l’enzim responsable en un determinat aminoàcid s’hi uneix i bloca la seva funcionalitat  Lisi bacteriana  No usat per les nostres vies metabòliques.
Activadors: enzims de cooperativitat positiva que s’usen per modificar l’enzim  Enzim diferent  No podem usar l’equació: cooperivitat sigmoide.
No al·lostèrics / al·lostèrics: models d’enzims al·lostèrics: la cooperativitat només té lloc amb enzims amb més d’una cadena peptídica i facilita que en l’altra s’hi afegeixi un substracte.
 L’actiu s’uneix a un lloc diferent del centre actiu  centre al·lostèric. Ajuda a que la conformació de l’enzim sigui activa (millor unió de substrat).  Fan passar l’enzim a forma relaxada (T  S). Els inhibidors fan el contrari.
 Quan desplacen les seves formes  enzim al·lostèric (és dimèrit quan li ve un inhibidor a activador).
 Com varia la cinètica: amb els activadors augmenta la concentració de substrat i la velocitat i la corba sigmoide es torna més pronunciada  amb inhibidors, passa el contrari.
PROTEÏNES REGULADORES Tenim un enzim (quinasa A) que agafa la proteïna i modifica l’estructura quaternària. Aquest és regulat per proteïnes reguladores que fan que en condicions basals les subunitats catalítiques de l’enzim es desactivin i que aquest es desnaturalitzi.
En presència de AMPc aquestes subunitats es dissòcien de la catalítica.
 Les subunitats reguladores de les proteïnes es poden unir o no a la subunitat catalítica de l’enzim i desactivar-la a no.
L’activitat de l’enzim pot ser major o menor si s’ha unit a un grup funcional (modificacions covalents).
MODIFICACIONS COVALENTS 26  Adenilació: s’afageix un radical adenil (adenina).
 Udinilació: s’afageix un radical uridil (uridina).
 ADP riboxilació: s’afageix ADP ribosa  L’enzim canvia la conformació i això afecta a la velocitat (i l’activitat).
 Fosforilació: per la presència o dependència de fosfat la conformació canvia  Regula l’activitat de la proteïna (= enzim). Es necessita ATP. Els enzims responsables de la fosforilació s’anomenen quinases (cinases o kinases): agafa una proteïna + ATP i posen un fosfat.
Per treure el fosfat (desfosforilació) usarem l’enzim fosfatasa.
ACTIVACIÓ PROTEOLÍTICA A partir d’una ruptura proteolítica l’enzim pot ser activat perquè algú li treu un pèptid.
Exemple: el substracte A busca el centre actiu de l’enzim per produir la reacció, però una seqüència (pèptid) ho impedeix  Enzim inactiu : tallem aquesta part perquè tingui activitat enzimàtica (com tots els enzims digestius).
Dins d’aquest grup d’enzim trobem els enzims simògens (necessiten una pèrdua d’una seqüència per ser activats).
REGULACIÓ PER LA QUANTITAT DE PROTEÏNA Per regular-ho ho farem a partir de la producció de ribosomes (traducció: síntesi protèica) que influirà en la quantitat de RNA (transcripció).
No totes les proteïnes realitzen la mateixa quantitat de transcripció i pot ser que estiguin traduïts molt o poc. Ni que estiguin en un mateix cromosoma  Això està regulat per condicions fisiològiques (a l’hora de menjar, etc.).
 Isoenzims: a vegades diverses proteïnes (enzims) tenen la mateixa activitat enzimàtica (funció).
Exemple: Lactat deshidrogenasa (LDH)  La cadena polipeptídica és diferent en diversos estats, varia depenent dels teixits, ja que té formes isoenzimàtiques que fan la reacció igual però en sentit contrari depenent del teixit (ex: cor o múscul): Lactat  Piruvat  L’activitat serà la mateixa, però la forma de regular és totalment diferent  òrgans (teixits amb funcions).
27  Enzim multifuncional: una mateixa cadena polipeptídica té diferents activitats enzmàtiques  centres actius diferents (Ex: PFK-2).
 Complex multifuncional: és una associació de cadenes polipeptídiques independents amb diferents activitats enzimàtiques. Suposem que: E1 a E2 E3 b c d S’associen els tres enzims per aprofitar que un farà un producte que per l’altre és el substrat (Ex: en una mateixa via metabòlica: piruvat deshidrogenasa).
 Cofactors: substàncies amb base no proteica que necessiten molts enzims per funcionar: Apoenzim + Cofactor  Haloenzim Tipus de cofactors: a) Inorgànics: enzims activats per ions metàl·lics (Na, K, Ca, Mg) que actuen en diversos enzims que no poden actuar sense la seva presència.  Essencials, ja que en alguns casos ajuda a que el substrat s’uneixi a l’enzim (centre de fixació) o intervenen en el mecanisme de catàlisis.
b) Orgànics: els anomenem coenzims. Tipus: 1. Co-substrat: l’enzim s’uneix a ells de forma reversible (només per fer la reacció química).
2. Grup prostètic: permanentment lligats al centre actiu de l’enzim.
Hi ha diferents tipus de coenzims, alguns són hidrosolubles.
- Derivats de vitamines hidrosolubles.
 Tipus de coenzims - Derivats de vitamines liposolubles.
- Coenzims no derivats de vitamines.
Les vitamines són substàncies presents en els aliments i que no poden ser sintetitzades per l’organisme humà.
Són molècules relativament petites, però no tenim els enzims per sintetitzar-les. A partir d’aquestes 28 molècules i amb lleugeres modificacions podem sintetitzar els diferents coenzims necessaris per a l’activitat de determinats enzims.
29 30 Tema 6: BIOSENYALITZACIÓ És la manera que una cèl·lula es comunica amb una altra, o bé que rep informació d’una altra cèl·lula perquè realitzi alguna funció.
La cèl·lula necessiten una senyal per comunicar-se (ex: hormones, neurotransmissors, factors de creixement, etc.)  S’activa el mecanisme de transducció de senyals (es llegeix) i aporta uns canvis en aquesta. Aquest mecanisme fa que una vegada la senyal amb la cèl·lula s’amplifiqui: resposta molt àmplia.
En tot procés de senyalització necessitem una senyal i un receptor: - Totes les molècules senyals interaccionen amb receptors específics.
- Els receptors són proteïnes que reconeixen i lliguen específicament un mediador químic o una molècula senyal.
SENYALS: actuen de diferents maneres: a. Endocrina: molècula que es transporten a través de la sang i es distribueixen àmpliament per tot el cos (ex: hormones).
b. Paracrina: senyals químics locals que actuen sobre les cèl·lules situades a l’entorn immediat de la cèl·lula secretora (mm de radi. Ex: histimina i la major part dels factors de creixement).
c. Sinàptica: exclusiva del sistema nerviós  Neurotransmissors que actuen únicament sobre la cèl·lula diana postsinàptica (50nm de distància).
d. Autocrina: quan la cèl·lula que fabrica la senyal té el receptor al seu interior (ella mateixa es diu què ha de fer).
Exemple: és important en cèl·lules de càncer  Expressen factor de creixement alhora que creixi i sense control.
Tipus de senyals que rep una cèl·lula: a. Lipofíliques: poden entrar per la membrana cel·lular (“soluble en lípids”). Al tenir aquest tipus de composició entren dins la cèl·lula (Ex: hormones esteroidals i tiroïdals). Són hidrofòbiques i es transporten per unió a proteïnes transportadores, pel citoplasma fins al nucli (receptors específics intracel·lulars). Regulen la transcripció de gens i al afectar a la síntesi proteica, són de resposta lenta.  El receptor buscarà 31 un lloc específic en el DNA i regularà l’expressió gènica (s’uneix a diferents gens perquè actuïn d’una forma o una altra).  S’unirà a un lloc concret del DNA: hi ha dominis d’aquestes proteïnes que s’hi uneixen (Ex: el receptor de hormones esteroidals té un domini que s’anomena estructura de dits de Zn2+  capacitat de fer unes pinces al DNA).
b. Hidrofíliques: no poden travessar la membrana cel·lular (són hidrosolubles). Per tant, hauran de fer alguna cosa per entrar a dins  El receptor està a fora (proteïnes intrínseques de membrana) i transduirà el senyal de fora a dins.
Exemple: peptídiques (glucagó, insulina, vasopressinal, amines (adrenalina)). El receptor s’activa de formes diferents, depenent de l’hormona: 1. Arriba la senyal i aquesta proteïna formarà una espècie de canals  passaran ions dins la cèl·lula. Aquests ions donaran la informació a dina la cèl·lula per augment de concentració.  La cèl·lula farà la funció indicada.
2. El receptor comunica la senyal a una proteïna (G) que activarà als segons missatgers (Ca2+, CAMS ...), els quals seran els responsables de que es formi el que indiqui la senyal.
3. El mateix receptor té una activitat enzimàtica que serà regulada per la presència de la senyal.
Exemples: A.- Neurotransmissors (receptors) reben la senyal d’acetilcolina.  Fan l’espècie més permeable (ions): augmenta les concentracions de sodi i calci. Això provoca un canvi en la permeabilitat de la membrana per un impuls nerviós.
El calci i el sodi seran uns segons receptors que transmetran la senyal.
B.- Els receptors actuen a través d’una proteïna (G)  Receptors amb set dominis membranosos.
Quan l’hormona s’ajunta amb aquest receptor, canvia la conformació i s’uneix a la proteïna G (es diu així, ja que se li uneixen nucleòtids de glicina a la subunitat  (la proteïna G té tres subunitats)): a) En condicions no atives, la proteïna  unida a GDP (per conformació).
32 b) Quan s’activa, es dissocien les subunitats i la subunitat  té una conformació que s’uneix a GTP.  Dóna lloc a que una sèrie de processos s’activin.
Quan GTP s’uneix a un fosfat  GTPasa i aquest fosfat fa que G s’uneixi a GDP (GTP  GDP + Pi).
En resum: Hormona  Receptor  “G” ()  Ac (adrenilatciclasa (enzim)) Quan  interacciona amb Ac, augmenta la seva activitat: agafar ATP i ciclar el primer fosfat  obtenim dos fosfats: ATP  cAMP + PPi (on cAMP és l’AMP cíclic: segon missatger que s’usa per adonar-se de que ha arribat la hormona) L’AMP cíclic activa unes proteïnes: protein kinasa A (PKA)  Les seves subunitats catalítiques (2) estan normalment inhibides per dues subunitats reguladores  on s0hi ajunta cAMP, canvia la conformació i s’expulsen les unitats catalítiques  la reguladora té el centre actiu disposat a fer la seva funció: agafar proteïnes i posar-li fosfat  Aquestes tindran funcions estimulats o d’expressió gènica.
Mecanismes de dessensibilització del senyal 1. Disminució del nombre de receptors per endocitosi del complex hormona - receptor (endocita el receptor de la membrana plasmàtica).
Exemple: receptor adremèrgic s’endocita amb la presència continua d’adrenalina.
2. Inactivació del receptor per fosforilació; de tal manera que el receptor és fosforilitzat per “l’últim de la via” i queda inhibit.
Exemple: inhibeix la capacitat del receptor de poder interaccionar amb Gs i disminueix la resposta a l’adrenalina.
3. Inactivació de la proteïna G per fer l’activitat GTP-asa, que hidrolitza el GTP  Aquesta unió (G-GTP) i la desgragació de les subunitats de l’hormona activa G  al ja no estar unides i Gestimuladora (Gs) desestabilitzada, G tendeix a anar a GDP.
4. Inactivació del segon missatger.
Exemple: degradació de AMPc per la diesterasa.
5. Desfosforilació de les proteïnes diana per enzim específics (la fosfatasa  desfosforila la Pka (proteïna)).
Depenent de la proteïna, els receptors interaccionaran amb varies membres de la família G  No sempre s’activaran. Hi ha tres tipus diferents de subunitats : 1. s = activa l’adenilat ciclasa 2. i = inhibeix l’adenilat ciclasa (AC) 3. q = activarà l’enzim fosfolipasa c. Agafarà un lípid i el tallarà  Lípid: fosfotidilinocitol-4,5-bifosfat (PIP2)  Es ralla donant lloc a diacilglicerol (DG) + inocitoltrifosfat (IP3).
L’àcid gras, unit al glicerol, s’introdueix a la membrana lípidica de la cèl·lula  l’inocitol queda fora i és tallat per la PLC.
33 Quan IP3 se’n va de la membrana, va al reticle endoplasmàtic i allà el calci que estava unit al RE surt a fora (fa augmentar el nivell de calci citoplasmàtic).
El calci més el glicerol fan que s’activi l’enzim: PKC (protein kinasa C).
La PKC té una conformació tancada (centre actiu no accessible), però té dos dominis: un pel DG i un pel calci.
Quan la PKC nota un augment de [DG] o un augment de [Ca 2+] s’activa.
Resum: La PKC es desplega, ja que té dos dominis que, mentre que en situacions normals tanquen l’activació, en presència de calci i DG s’activa i comença a fosforilitzar.
Aquest increment de calci produït per l’inocitoltrifosfat també provoca l’activació d’altres proteïnes com a calmodulina.
 Calmodulina: té 4 centres per unir-se al calci (quan trobem nivells de calci elevats).
Quan això passa pot interaccionar amb diferents quinases (calmodulinquinasa): fosforilaran certes proteïnes que canviaran la configuració i regularan els enzims.
Receptors catalítics: el receptor de la insulina (i la majoria de factors de creixement) té un mecanisme de transduir les senyals amb receptors amb activitat enzimàtica.
Aquests receptors tenen: domini extracel·lular + domini transmembranós + domini citoplasmàtic (que radica l’activitat enzimàtica).
 La part extracel·lular és diferent depenent de l’hormona i la resta són més o menys iguals.
Quan l’hormona reconeix el receptor, aquest comença a regular la seva activitat amb l’enzim triosinaquinasa: 1. Receptor + hormona  S’enganxen 2. El domini citoplasmàtic fosforila a l’altra molècula (amb triosines específiques, que fan que el receptor tingui més activitat enzimàtica). Així fins a tenir el receptor totalment fosforilitzat amb triosines.
3. Per cada una de les fosfotirosides unides al receptor se li ajuntaran diferents preteïnes, i cada una de les fosfotirosines tindrà un paper en la insulina (farà una acció sobre aquesta)  L’acció del receptor (la insulina) serà el sumatori del que passa en cada una de les fosfotirosines.  Només s’activen en presència de P, tenen un domini que el reconeix (SH 2).
Exemple: proteïnes que s’enganxen i fan que les cèl·lules es divideixin o facin l’acció metabòlica  tractaments contra el càncer: inhibir l’acció de la proteïna (que s’uniexien a la es fosfotirosines).
34 Tenim una proteïna (EGrb. 2) amb un domini SH 2 que d’uneix amb una altra proteïna (SOS) i en aquesta s’hi uneix la proteïna “Ras” (primer oncogen que es va descobrir). És la proteïna més alterada en tumors humans. És una proteïna G).
La insulina activa una proteïna G (unida a GDP  desactivada) que s’activa amb SOS i passa a GTP (tendirà a canviar de conformació). Hi ha una quinasa que es pot unir a “Ras” (fa accessible els substractes): activa una quinasa, que n’activarà una altra...  Cascada de quinases.
Al final de tot, la última quinasa (mapquinasa) fosforila moltes proteïnes que van al nucli i regulen l’expressió gènica (en el tractament s’inhibirà algunes d’aquestes proteïnes).  Si tenim una altra fosfotirosina, tenim un altre procés: el creixement de cèl·lules  La cèl·lula ha d’augmentar de tamany alhora que es divideix. Això és degut a la unió d’una d’aquestes fosfotirosines amb la proteïna PI-3-Kinasa.
35 36 Tema 7: INTRODUCCIÓ AL METABOLISME Una via metabòlica és una seqüència d’accions ordenades que fan que un determinat precursor es converteixi en un producte final, passant per diversos intermediaris metabòlics.
TIPUS DE VIES METABÒLIQUES 1. Primàries o principals: són les comuns a tots els éssers vius (síntesi i degradació de proteïnes sucres i lípids).
2. Secundàries: són vies molt especialitzades i diferents segons les espècies.
PRINCIPALS OBJECTIUS DEL METABOLISME 1. Obtenció d’energia i precursors sintètics.
2. Síntesi de biomolècules.
El metabolisme pot dividir-se en dos grans grups de reaccions: 1. Vies catabòliques: vies metabòliques de degradació, formades per degradacions oxidatives (es redueix  crea energia).
2. Vies anabòliques: vies metabòliques de síntesi formades per reaccions reductores (síntesi de biomolècules pròpies).
COEXISTÈNCIA DE CATABOLISME I ANABOLISME El metabolisme està regulat, les vies no poden funcionar alhora.
Les rutes metabòliques poden arribar a estar a diferents llocs cel·lulars, es regulen diferent i usen enzims diferents.
REGULACIÓ DE PROCESSOS METABÒLICS El metabolisme es regula mitjançant el control de: 1. Quantitat de cada enzim: depèn tant de la seva velocitat de síntesi com de degradació  controlada a nivell transcripcional (+ enzim, + substrat).
37 2. La seva activitat catalítica: control al·lostèric (per un activador o inhibidor) i/o modificació covalent.
3. La disponibilitat del substrat: les vies biosintètiques són gairebé sempre diferents. Aquesta separació és necessària per raons energètiques i facilita el control del metabolisme. A més, en eucariotes, la compartimentació separa les reaccions oposades.
 No tots els enzims regulen per igual la direcció de la via. Termodinàmicament el paràmetre que indica que un enzim és important per la direcció de la via és l’energia de Gibbs (G). Amb això sabem si les reaccions són reversibles (propers a l’equilibri) o irreversibles (els més importants).
 En una via metabòlica pots tenir diferents valors d’G (no marca la diferència G d’un enzim concret, sinó de cada un dels passos=.
G = Gº + RNln(P·R) (perquè sigui favorable G<0) G d’una via metabòlica és la suma d’G de tots els passos. La seva variació només depèn de la naturalesa dels reactants i els productes, i no del camí realitzat. En canvi, Gº dels components d’una reacció són additives: G d’una via metabòlica és la suma d’G de reaccions individuals.
Si Gº són additives llavors podríem dirigir una reacció desfavorable, si l’acoblem a una de favorable (hidròlisi d’ATP).
Una via metabòlica ha de ser un procés global termodinàmicament favorable ( G<0)  Usant ATP puc superar les reaccions termodinàmicament i que G global < 0.
 La molècula d’ATP fa una hidròlisis (ATP  ADP + Pi) en el primer i segon fosfat que dóna molta energia.
Aquesta energia és elevada perquè els productes són més estables degut a: - Disminució de càrregues negatives (repulsió).
- Estabilització dels productes per ressonància  el fosfat que es desprèn, malgrat tenir dues càrregues, es pot repartir tenint aquesta forma de ressonància.
De les tres molècules de fosfat de l’ATP els dos primers tenen tendència cap a perdre’ls i, en canvi, al tercer li costa molt.
L’ATP no és la única molècula que usarà els cos per canviar d’energia. També s’usen nucleòtids com GTP, CTP i UTP i altres molècules que tenen més energia (fosfoenolpiruvat, 1,3-bifosfoglicerat, fosfocreatina ...  quan perden el fosfat).  Tenen una reacció tant negativa que podem tornar a formar molècules d’ATP.
38 Una molècula carregada energèticament tindrà molt AP, mentre que una amb una càrrega energètica baixa tindrà molt AMP.
Tema 8: GLUCÒLISI Tema 9: ACETIL-CoA I CICLE DE L’ÀCID CÍTRIC Tema 10: TRANSPORT ELECTRÒNIC I FOSFORILACIÓ OXIDATIVA Tema 11: RUTA DE LES PENTOSES FOSFAT La ruta de les pentoses fosfat és una via del catabolisme de la glucosa, equivalent, en aquest sentit, a la glucòlisi. Partint de glucosa, produeix, d’una banda, pentoses fosfat i, de l’altra, NADPH. Aquest NADPH (coenzim), a diferència del NADH oxidat en la cadena respiratòria per formar ATP, participa en reaccions redox transportant àtoms d’hidrogen i electrons, l’energia dels quals es fa servir per impulsar les reaccions biosintètiques reductores.
Una de les pentoses més importants sintetitzade4s en la via és la ribosa -5-fosfat, la qual es troba formant NAD, CoA, FAD, DNA...
RUTA DE LES PENTOSES FOSFAT El metabolisme Fase oxidativa 1. Glucosa-6-fosfat deshidrogenasa 2. Lactonasa 3. 6-fosfogluconat deshidrogenasa Estequiometria Regulació Fase no oxidativa Síntesi de ribosa-5-P i xilulosa-5-P 1.
- Ribulosa-5-fosfat  Ribosa-5-fosfat - Ribulosa-5-fosfat  Xilulosa-5-fosfat Interconversió entre intermediaris glucolítics i pentoses fosfat 2. Transcetolasa 39 3. Transaldolasa 4. Transcetolasa Estequiometria de la fase no oxidativa Funcionament de transcetolasa i transaldolasa FUNCIONAMENT COORDINAT DE LA GLUCÒLISI I LA VIA DE LES PENTOSES FOSFAT 1. No es necessita NADPH però si ribosa-5-fosfat 2. Es necessita NADPH i ribosa-5-fosfat 3. No es necessita ribosa-5-fosfat però si NADPH 4. Es necessita NADPH i ATP PAPER DEL NADPH, LA GLUCOSA-6-FOSFAT DH I EL GLUTATIÓ EN PROTECCIÓ DEÑS RADICALS D’0XIGEN Tema 12: GLUCONEOGÈNESI Tema 13: METABOLISME DEL GLUCÒGEN Tema 14: DEGRADACIÓ D’ACIDS GRASSOS Tema 15: SÍNTESI DELS ÀCIDS GRASSOS Tema 16: METABOLISME D’AMINOÀCIDS I CICLE DE LA UREA 40 Tema 12: RUTA DE LES PENTOSES FOSFAT La ruta de les pentoses fosfat és una via del catabolisme de la glucosa, equivalent, en aquest sentit, a la glucòlisi. Partint de glucosa, produeix, d’una banda, pentoses fosfat i, de l’altra, NADPH. Aquest NADPH (coenzim), a diferència del NADH oxidat en la cadena respiratòria per formar ATP, participa en reaccions redox transportant àtoms d’hidrogen i electrons, l’energia dels quals es fa servir per impulsar les reaccions biosintètiques reductores.
Una de les pentoses més importants sintetitzade4s en la via és la ribosa -5-fosfat, la qual es troba formant NAD, CoA, FAD, DNA...
RUTA DE LES PENTOSES FOSFAT Consta de dues fases, una fase oxidativa en què es genera NADPH quan la glucosa-6-fosfat es converteix en ribulosa-5-fosfat, i una fase no oxidativa, en la qual es sintetitza ribosa-5-fosfat i xilulosa-5-fosfat a partir de ribulosa-5-fosfat i, seguidament, s’interconverteixen sucres de 3,4,5,6 i 7 carbonis. Totes aquestes reaccions tenen lloc en el citosol.
PRINCIPALS RUTES DEL METABOLISME DE LA GLUCOSA VIA DE LES PENTOSES FOSFAT Fase oxidativa Consta de les tres reaccions, gracies a les quals la glucosa-6-fosfat (G-6-P) passa a ribulosa-5fosfat. Abans, però, la glucosa s’ha d’haver convertit en glucosa-6-fosfat, tot i que aquesta reacció no es considera de la via.
1. Glucosa-6-fosfat deshidrogenasa: té lloc una deshidrogenació de la glucosa6-fosfat en el carboni 1, de manera que desapareix el seu grup hidroxi i es forma un doble enllaç amb l’àtom d’oxigen procedent del grup OH, formantse així un enllaç èster intramolecular entre el nou carboxil i l’hidroxil de C5.
La molècula obtinguda s’anomena 6-fosfoglucosalactona. La reacció està - 83- catalitzada per G-6-P deshidrogenasa, i utilitza com a coenzim NADP+, que es redueix a NADPH gràcies a la pèrdua d’hidrogen.
2. Lactonasa: la 6-fosfoglucosalactona s’hidrolitza a 6-fosfogluconat, passant d’estructura cíclica a lineal i recuperant un grup hidroxi gracies a la seva reacció amb una molècula d’aigua. L’enzim que catalitza la reacció s’anomena lactonasa.
3. 6-fosfogluconat deshidrogenasa: es tracta d’una descarboxilació oxidativa en la qual es perd un grup carboxil. D’aquesta manera, el 6-fosfogluconat passa a ribulosa-5-fosfat, ja que perd un àtom de carboni que, juntament amb els oxígens, passa a formar diòxid de carboni, i es forma un grup carboxi. NADP+ intervé en la reacció convertint-se en NADPH per pèrdua d’un àtom d’hidrogen de 6-fosfogluconat. Passem de tenir un àcid a tenir una cetona.
Estequiometria: a partir de G-6-P, 2 NADP+ i aigua s’obté una molècula de ribulosa-5-fosfat, 2NADPH i CO2. Així doncs tindrem: 1 Glucosa-6-fosfat + 2 NADP+ + H2O à 1 Ribulosa-5-fosfat + 2 NADPH + 2H+ + CO2 Regulació: l’enzim regulador és el primer de la via, glucosa-6-fosfat deshidrogenasa. El control ve determinat pels nivells de NADP+ /NADPH + H+ (relació petita, hi ha més NADPH que NAD+). Si els nivells de NADP+ augmenten, augmenta la velocitat de la via.
Fase no oxidativa Síntesi de ribosa-5-P i xilulosa-5-P 1. Part de la ribulosa-5-fosfat (cetosa, monosacàrid amb un grup cetona per molècula) es converteix en ribosa-5-fosfat (aldosa, conté la funció aldehid), i l’altra part es transforma en xilulosa-5-fosfat (cetosa).
• Ribulosa-5-fosfat ↔ Ribosa-5-fosfat: es tracta d’una reacció d’isomerització ceto-aldosa, en la qual el grup cetona del C2 desapareix i apareix un grup aldehid en el C1. L’enzim que duu a terme aquesta reacció és la ribosa-5fosfat deshidrogenasa sense la participació de coenzims ni substrats.
• Ribulosa-5-fosfat ↔ Xilulosa-5-fosfat: es tracta d’una reacció d’epimerització, ja que l’únic que canvia és la configuració del centre - 84- estereogènic C3 (carboni asimètric), passant de R a S. L’enzim que fa possible aquest canvi és ribosa-5-fosfat epimerasa.
Interconversió entre intermediaris glucolítics i pentoses fosfat 2. Transcetolasa: dos sucres de 5 carbonis, la xilulosa-5-fosfat (cetosa) i la ribosa-5-fosfat (aldosa), reaccionen per generar gliceraldehid-3-fosfat (aldosa de 3 carbinis) i psedoheptulosa-7-fosfat (cetosa de 7 carbonis). Per tal que això tingui lloc, els carbonis 1 i 2 de la xilulosa, amb els seus radicals, són transferits a la ribosa-5-fosfat, de manera que la xilulosa passa a aldosa de tres carbonis (gliceraldehid) i la ribosa a cetosa de 7 carbonis pseudohetulosa). Si sumem els carbonis dels reactius i dels productes doncs, el nombre es manté: 5C + 5C ↔ 3C + 8C. L’enzim que catalitza la reacció s’anomena transcetolasa. En aquesta reacció participa el grup prostètic tiamina pirofosfat (TPP).
- 85- 3. Transaldolasa: la pseudohetulosa transfereix C1, C2, C3, (i el que està unir a ells) al gliceraldehid-3-fosfat, de manera que passem a tenir fructosa-6foasfat (cetosa de 6 carbonis) i eritrosa-4-fosfat (aldosa de 4 carbonis) a partir d’una molècula de 3 carbonis i una de 7. L’enzim que catalitza aquesta reacció s’anomena transaldolasa. S’ha transferit una dihidroacetona. El nombre de carbonis es torna a mantenir: 7C + 3C ↔ 4C + 6C 4. Transcetolasa: en aquest cas, no reaccionen els dos productes de la reacció anterior entre ells, sinó que l’eritrosa-4-fosfat reacciona amb una molècula de xilulosa-5-fosfat (cetosa), la qual transfereix el C1 i C2 a l’eritrosa, que es converteix en una fructosa-6-fosfat (cetosa de 6 carbonis), mentre que la xilulosa al cedir els seus carbonis, passa a gliceraldehid-3-fosfat (aldosa de 3 carbonis). Aquesta reacció és equivalent a la 2, ja que també està catalitzada per l’enzim transcetolasa, que utilitza TTP com a coenzim. En aquesta reacció, com amb les anteriors, el nombre de carbonis continua mantenintse: 5C + 4C ↔ 3C + 6C Cal dir que en totes les reaccions de la fase no oxidativa són perfectament reversibles.
Estequiometria de la fase no oxidativa 2 Xilulosa-5-fosfat + ribosa-5-fosfat ↔ 2 fructosa-6-fosfat + gliceraldehid-4-fosfat Com que la xilulosa es pot formar a partir de la ribosa per acció d’epimerasa i isomerasa, podem considerar la reacció partint de la ribosa: 3 Ribosa-5-fosfat ↔ 2 Fructosa-6-fosfat + gliceladehid-3-fosfat Així, la ribosa pot convertir-se en intermediaris glucolítics.
- 86- 3x5C ↔ 2x3 + 2x6C Funcionament de transcetolasa i transaldolasa: à FUNCIONAMENT COORDINAT DE LA GLUCÒLISI I LA VIA DE LES PENTOSES FOSFAT Davant les diferents necessitats metabòliques la via de les pentoses fosfat treballa coordinant amb la glucòlisi i de diferents maneres segons les diverses situacions en què es troba el nostre organisme.
1. No es necessita NADPH però si ribosa-5-fosfat En aquest cas, la major part de la glucosa-6fosfat es converteix en la fructosa-6-fosfat i gliceraldehid-3-fosfat per la via glicosídica. La transaldolasa i la transcetolasa transformen aquests intermediaris glicosídics en ribosa-5fosfat per reaccions reversibles a la descrita anteriorment, mitjançant la fase no oxidativa de la ruta de les pentoses fosfat.
2. Es necessita NADPH i ribosa-5-fosfat Es duu a terme la branca oxidativa de la ruta de les pentoses fosfat, en la qual aconseguim dues molècules de NADPH i una ribosa-5-fosfat a partir de glucosa-6-fosfat. la conversió de ribosa però, forma part de la branca no oxidativa.
3. No es necessita ribosa-5-fosfat però si NADPH Per tal de generar NADPH, la branca oxidativa de la ruta de les pentoses fosfat funciona, però això també s’emporta la generació de ribosa-5-fosfat (ja per via no oxidativa), de manera que aquesta es converteix en fructosa-6-fosfat, i així van - 87- generant ATP. Aquesta és una situació de repòs, en la qual no hi ha demanda energètica.
4. Es necessita NADPH i ATP Per generar NADPH, també es duu a terme la branca oxidativa i després, la ribosa-5-fosfat es converteix en la fructosa-5-fosfat i gliceraldehid-3fosfat, com en el cas anterior. Ara bé, en la nova situació aquestes molècules no duen a terme la gluconeogènesi, sinó la glucòlisi, per tal de poder passar seguidament a piruvat, generant ATP.
PAPER DEL NADPH, LA GLUCOSA-6-FOSFAT DH I EL GLUTATIÓ EN PROTECCIÓ DEÑS RADICALS D’0XIGEN La glucosa-6-fosfat deshidrogenasa és essencial en el metabolisme, doncs si els seus nivells són inferiors als normals pot produir-se un estrès oxidatiu induït per drogues (determinants fàrmacs) com els antipalúdics, o pel consum d’aliments que continguin biatidina, com les faves. Aquesta distribució metabòlica es tradueix en una anèmia homolítica. Aquest estrès oxidatiu és degut a que, davant la deficiència de glucosa-6-fosfat deshidrogenasa, el NADP+ (coenzim de glucosa-6-fosfat deshidrogenasa) no pot reduir-se a NADPH, el qual en condicions normals reaccionaria amb el glutatió (un tripèptid amb un grup sulfidril en els residus de cisteïn) a oxidat (GS-SG), reduint-lo a GSH. El glutatió reduït és molt important pel manteniment de l’estructura normal dels eritròcits, ja que els protegeix dels radicals d’oxigen molt reactius (H2O2, O2-, OH, etc.), i perillosos per les cèl·lules que, en més o menys quantitat sempre hi són presents (respiració mitocondrial). Per tant, tot i que d’entrada la diferència de glucosa-6-fosfat deshidrogenasa no suposa una malaltia pels afectats heterozigots (caràcter hereditari), la seva exposició a determinades substancies riques en radical d’oxigen provoca l’estrès oxidatiu, ja que els baixos nivells de NADPH i glutatió reduït no poden compensar les altres concentracions de compostos reactius com a conseqüència, es formen cossos de Heinz en els eritròcits, que són agregats de proteïnes desnaturalitzades, incloent-hi l’hemoglobina, units a les membranes cel·lulars. Amb això, els glòbuls vermells es deformen i són propensos a trencar-se.
S’ha observat que l’anèmia homolítica és més elevada en zones on la malària està extesa, ja que l’estrès oxidatiu protegeix contra plasmòdiums.
- 88- Tema 13: METABOLISME DEL GLUCÒGEN GLUCÒGEN • Polisacàrid de reserva animal.
• S’utilitza la glucosa per a produir energia. ( Glucosa 2- piruvat + 2ATP) nomes es produeixen dues molècules d’ATP , és pobre energèticament, és l’energia que utilitzem per exemple als primers segons de carrera de 100m.
• El trobem al múscul esquelètic i al fetge: la concentració de glucogen és més alta al fetge que en el múscul esquelètic. Tot i això hi ha més quantitat de glucogen al múscul esquelètic que al fetge.
o Al fetge: el glucogen és generós i el distribueix per tot el cos.
o Al múscul esquelètic: glucogen d’ús exclusiu, només l’utilitza per ell.
• S’acumula en forma de grànuls dissolts pel citosol de les cèl·lules.
• Els enzims s’acumulen al voltant dels grànuls de glucogen.
• La proteïna que està al mig del grànul de glucogen s’anomena glucogenina (nucli del grànul).
• Entre el carboni 1 i el carboni 2 les glucoses s’agrupen formant un polímer ramificat.
Cada ramificació es forma cada 10 residus.
GLUCOSA piruvat (glucòlisi) fermentació CO2 + H2O (oxidació completa) ( presencia co2) lactat els organismes que viuen en hàbitats sense oxigen, oxiden la glucosa de manera anaeròbica i per tant no hi pot haver oxidació anaeròbica, nomes hi podrà haver lactat o fermentació.
Fluctuació diària El contingut de glucogen augmenta i disminueix a causa del ritme d’alimentació: quan dinem augmenta el contingut de glucogen, mentre que quan ens despertem en tenim molt poca quantitat. En ausència d’oxígen la glucosa es transforma amb piruvat i després a lactat.
En la fermentació alcohòlica – de piruvat a etanol. Buchner va demostrar que si extreiem extractes del llevat aquest és capaç de sintetitzar sacarosa a partir d’etanol.
DEGRADACIÓ DEL GLUCÒGEN - 89- → La transferasa i la α-1,6-glucosidasa són dos enzims bifuncionals.
ISOMERITZACIÓ DE LA GLUCOSA-1-FOSFAT I GLUCOSA-6-FOSFAT: FOSFOGLUTOMUTASA Glucogen: • 90% à G-1-P à G-6-P [Enzim: fosfoglutomutasa] • 10% à G-1-P à G-6-P [Enzim: hexoquinasa (múscul esquelètic) i glucoquinasa (fetge)] SÍNTESI DE GLUCÒGEN Tenim tres etapes: 1. Activació de la glucosa.
2. Elongació (de la cadena de glucogen).
3. Ramificació.
1- Activació de la glucosa Glucosa-1-P + UTP (uritrintrifosfat) ↔ UDP-Glucosa + PPi → Enzim: UDP-glucosa pirofosforilasa.
→ Està afavorida cap a la síntesi.
2- Elongació Glucogen(n) + UDP-glucosa à Glucogen(n+1) + UDP → Enzim: glucogen sintasa.
→ Es sintetitza des de diferents extrems. Per tant, té una síntesi molt rapida.
La glucosa sintasa no pot començar de 0, sinó que necessita quatre glucoses. Així doncs, la pròpia glucogenina s’incorpora la primera glucosa sobre l’hidroxil d’una tirosina. S’incorporen més glucoses (nombre superior a 4).
- 90- 3- Ramificació Ramificació de la cadena de glucogen amb un enzim ramificat (enllaços α-1,6). L’enzim agafa 7 residus (de l’enzim) i els enllaça a una part de la branca més en dins i el situa com a mínim a 10 residus.
ESTEQUIOMETRIA DE LA SÍNTESI DE GLUCÒGEN Isomerització Nucleòtid difosfoquinasa • Quan ens costa sintetitzar glucosa a glucogen? 1 ATP.
• Quan ens costa guardar G-6-P en forma de glucogen? 1 + 0,1 = 1,1 ATP CONTROL HORMONAL DE LA DEGRADACIÓ DEL GLUCÒGEN HEPÀTIC: EN EL FETGE Glucagó • S’allibera quan hi ha nivells baixos de glucosa.
• Activa la degradació del glucogen Adrenalina - 91- La fosforilasa quinasa pot ser activada per fosforilació o per nivells alts de calci.
DEGRADACIÓ DEL GLUCÒGEN EN RESPOSTA A HORMONES: EN MÚSCUL La degradació de calci en el múscul ho farà la estimulació nerviosa.
Regulació de la glucogen fosforilasa quinasa per calci i hormones La fosforilasa quinasa està formada per 4 subunitats.
- 92- Regulació de la glucogen fosforilasa hepàtica • La glucogen fosforilasan pot estar en dues conformacions diferents: o Conformació relaxada: enzim actiu.
o Conformació tensa: enzim inactiu.
Aquestes conformacions són reversibles (hi ha un equilibri): o Quan l’enzim està fosforilat és un enzim relaxat (enzim actiu).
o Quan l’enzim està desfosforilat, predomina la conformació tensa (enzim inactiu).
• La glucosa està passant a l’enzim de forma relaxada a forma tensa. Així doncs, un augment de glucosa farà que la fosforilasa passi a ser de conformació tensa (enzim inactiu).
• La glucosa amb la glucosa sintasa sintetitza glucogen.
• És un mecanisme molt ràpid, quan hi ha un augment de la glucosa es comença a sintetitzar glucogen, aturant així la degradació del glucogen.
• PP1 (fosfatasa) desfosforila la fosforilasa: o G-fosforilasa - : inactiva o G-sintasa + : activa PP1 inhibeix la degradació de glucogen. Quan l’ha aturat, la fosfatasa lliure activa a la sintasa.
- 93- Funció: alliberar i capturar glucogen.
Regulació de la glucogen fosforilasa muscular • AMP activa la forma relaxada (forma enzim fosforilat-actiu)- • Quan hi ha poca energia, és a dir, nivells elevats d’AMP, s’afavoreix la transició de tensa a relaxada. El glucogen es molilitza.
• La funció és proporcionar glucogen en energia.
• La glucogen fosforilasa de fetge no pot interaccionar amb l’AMP.
Amplificació dels senyals hormonals per cascades de fosforilació Un petit canvi de concentració de la hormona es converteix en un gran canvi (alteració).
1H à 20 AMPc x10 x100 x1000 x10000 1H à 2x1011 G-1-P Inactivació de la síntesi de glucogen hepàtic Adrenalina glucagó: • Activar degradació: activació de la fosforilasa-fosfat.
• Inhibir la síntesi: inactivació de la glucosa sintasa-fosfat.
La glucosa-sintasa pot ser fosforilada per moltes quinases diferents (11).
Insulina à GSK-3 (activa la síntesi de glucogen) à G-sintasa Quan s’alliberi insulina, la GSK-3 s’inactiva i es fosforila. Llavors no pot fosforilar a la sintasa (la sintasa estarà activa).
Així doncs, la insulina activa la síntesi de glucogen.
ProteIna fosfatasa-1 (PP1) Té tres subunitats una de catalítica i dues de reguladora. La subunitat catalítica és PP1.
- 94- Aquesta desfosforila a: • Fosforilasa inactiva • Fosforilasa α activa.
• Glucogen sintasa inactiva.
Actuen simultàniament en la via de les quinases i fosfatases, que van en sentit invers de les quinases à Insulina i adrenalina.
Inhibeix la PP1 • La insulina activa la fosfatasa.
• El glucagó inactiva la fosfatasa.
Subunitat catalítica de la PP1 Fosforilada (1) G es fosforila quan la concentració d’insulina augmenta en (4). La partícula de glucogen va lligada a enzims: - 95- ο G-sintasa-P (síntesi) + ο G-fosforilasa-P (degradació) – ο G-fosforilasa-quinasa-P + La fosfatasa (PP1) desfosforila aquests enzims i sintetitzen glucosa.
Si la concentració de glucagó augmenta, es degrada la glucosa.
MALALTIES METABÒLIQUES QUE AFECTEN AL METABOLISME DEL GLUCÒGEN Tema 14: GLUCONEOGÈNESI La gluconeogènesi és una via metabòlica que permet sintetitzar glucosa a partir de precursors que no són de naturalesa glicosídica. El punt de partida de la ruta és el piruvat, i el punt final, la glucosa. Els principals precursors de la via són el glicerol, que prové de la hidròlisi dels triglicèrids, del lactat (precursor majoritari, procedent de la fermentació làctia al múscul esquelètic en condicions anaeròbiques, de la fermentació als teixits de l’ull, als leucòcits, a les cèl·lules de la pell, a l’intestí prim, etc. (aquests òrgans i teixit no necessiten estar en anaerobiosi per produir lactat, ho fan de forma natural), i els aminoàcids, excepte leucina i lisina i, majoritàriament, glutamina i alanina aminoàcids glucogènics).
No obstant això, el centre principal de la gluconeogènesi és el fetge, on té lloc la gluconeogènesi hepàtica, amb predomini d’alanina. La glucosa produïda s’utilitza per fabricar glucogen al fetge, però bàsicament per mantenir els nivells de glucosa circulant. També pot tenir lloc a l’escorça del ronyó, aleshores s’anomena gluconeogènesi renal, amb predomini de glutamina. En aquest cas, bona part de la glucosa generada es consumeix al ronyo.
Tot i que el cervell i el múscul esquelètic tenen una forta demanda de glucosa, en aquests òrgans hi té lloc molt poca gluconeogènesi. És la gluconeogènesi per fetge i ronyó la que permetrà mantenir els niells de glucosa en sang per tant que el cervell i el múscul puguin extreure la glucosa necessària.
ETAPES DE LA GLUCONEOGÈNESI En la glucòlisi, la glucosa és convertida a piruvat, i a la gluconeogènesi, el piruvat és convertit en glucosa. Malgrat això, aque3stes rutes no són inverses, ja que les 3 reaccions reguladores de la glucòlisi (catalitzades per hexoquinasa (HK), fosfofructoquinasa (PFK) i piruvat quinasa (PK) són molt exergòniques i, per tant, irreversibles. Així, en la gluconeogènesi necessitem tres camins alternatius, és a dir, tres reaccions que ens permetin superar aquest desnivell energètic. La resta de reaccions de la via, però sí que seran inverses a les de la glucòlisi, atès que són fàcilment reversibles.
Malgrat que les reaccions distintives de la gluconeogènesi són catalitzades per enzims diferents, els substrats i productes obtinguts són els mateixos intermediaris glicosídics que en la glucòlisi.
- 96- Reaccions distintives de la gluconeogènesi 1. El fosfoenolpiruvat es forma a partir del piruvat via oxalacetat: • Piruvat carboxilasa: primerament, el piruvat és carboxilat a oxalacetat (α-cetoàcid), (el grup carboxil del bicarbonat, amb qui reacciona, s’uneix al carboni 3 del piruvat). La reacció és catalitzada per la piruvat carboxilasa mitocondrial, ja que té lloc als mitocondri.
Aquest enzim utilitza el grup prostètic biotina com a coenzim, ja que aquest és transportador de CO2. L’energia necessària per tal que la reacció tingui lloc prové de l’ATP, que passa a ADP + Pi. Aquesta reacció, recordem, és una de les reaccions anapleròtiques esmentades en el cicle de Krebs.
Piruvat carboxilasa és un enzim al·lostèric activat per acetil-CoA.
• Fosfoenolpiruvat carboxiquinasa: l’oxalacetat, un cop fora el mitocondri, és descarboxilat i fosforilat per part de GTP (guasin trifosfat), alliberant així el fosfoenolpiruvat (PEP), molècula d’alta energia degut a la presencia del grup fosfat. el grup carboxil passa a CO2, i el GTP a GDP. Aquesta reacció està catalitzada per la fosfoenolpiruvat carboxiquinasa citosòlica. La reacció inversa a aquesta també és una de les reaccions anapleròtiques vistes en el cicle de Krebs.
2. Fructosa-1,6-bifosfatasa: la fructosa-6-fosfat (F6P) es forma a partir de fructosa-1,6bifosfat per hidròlisi de l’enllaç èster fosfat d’aquesta molècula. Una molècula d’aigua participa en la reacció, catalitzada per fructosa-1,6-bifosfatasa.
Fructosa-1,6-bifosfat + H2O à Fructosa-6-fosfat +Pi 3. Glucosa-6-fosfatasa: un cop la F6P s’ha convertit en G6P (glucosa-6-fosfat) mitjançant la reacció reversible vista a la glucòlisi de sentit contrari, es forma glucosa per hidròlisi de la G6P. En la reacció també hi participa una molècula d’aigua.
Està catalitzada per la glucosa-6-fosfatasa.
Glucosa-6-fosfat + H2O à glucosa + Pi EXPORTACIÓ D’OXALACETAT I DESFOSFORILACIÓ DE G6P L’oxalacetat (OAA) obtingut en la reacció de piruvat carboxilasa ha de sortir al citosol, ja que és on es troba PEPCK, que l’ha de convertir en fosfoenolpiruvat. Davant la impossibilitat de l’OAA de travessar la membrana mitocondrial, és convertit en malat per malat DH. Aleshores, - 97- un transportador d’àcids dicarboxílics el transporta fins al citosol i, un cop allà, el torna a convertir en OAA, reoxidant-lo, amb la col·laboració de NAD+.
Hi ha un sistema alternatiu que permet la sortida d’OAA fins al citosol. Es trancta de la seva transformació en aspartat via transaminació amb glutamat, per part d’aspartat aminotransferasa. La reacció de transaminació requereix un transport continu de glutamat dins el mitocondri i α-cetoglutarat fora, doncs un cop al citosol, l’aspartat es reconverteix a OAA per reacció inversa: Totes les reaccions que tenen lloc a continuació, fins a arribar a G6P, es donen al citosol. Ara bé, per passar a glucosa, la G6P ha de dirigir-se al lumen del reticle endoplasmàtic, ja que l’enzim que catalitza la reacció, Glucosa-6-fosfatasa, està a la membrana del reticle endoplasmàtic, amb el centre actiu cap al lumen del RE. Així, la G6P entra en la llum del RE, s’uneix al centre actiu de l’enzim i es desfosforila, convertint-se en glucosa, la qual torna a sortir al citosol. Cal tenir en compte que la glucosa-6-fosfatasa només es troba al fetge, estpa absent en el múscul i el cervell.
ESTEQUIOMETRIA DE LA GLUCONEOGÈNESI La gluconeogènesi és un procés termodinàmicament favorable, per això no podem dir que és contraria a la glucòlisi, ja que, si ho fos, no es tractaria d’un procés favorable.
-Gluconeogènesi: 2Pir + 4ATP + 2GTP + 2NADH + 6H2O à G + 4ADP + 2GDP + 6Pi + 2NAD+ + 2H+ ΔGº’ = -9 Kcal/mol -Inversió de la glucòlisi: 2Pir + 2ATP+ 2NADH + 2H2O à G + 2ADP +2Pi + 2NAD+ + 2H+ ΔGº’ = +20 Kcal/mol Observem que 6 enllaços fosfat d’alta energia són utilitzats en la síntesi de glucosa a partir de piruvat en la gluconeogènesi, mentre que únicament 2ATP són regenerats en la glucòlisi en la conversió de la glucosa a piruvat. D’aquesta manera, el cost extra de gluconeogènesi és de 4 enllaços fosfat d’alta energia (2ATP i 2GTP), els quals són necessaris per convertir un procés energèticament desfavorable en un de favorable.
- 98- REGULACIÓ COORDINADA DE LA GLUCÒLISI I LA GLUCONEOGÈNESI Per parlar de la regulació de la gluconeogènesi s’ha de considerar la glucòlisi, ja qu al ser pràcticament oposades es regulen de forma coordinada. Així, pràcticament tot el que activa la glucòlisi inhibeix la gluconeogènesi i viceversa.
Pel que fa als reguladors recíprocs, és a dir, els que controlen la reacció catalitzada per la fosfofructoquinasa en la glucòlisi i la fructosa-6bifosfatasa en la gluconeogènesi, cal destacar la càrrega energètica, el citrat i la fructosa-2,6bifosfat. Contràriament a la glucòlisi, el citrat activa la via gluconeogenètica, igual que la càrrega energètica alta, atès que es tracta d’una via biosintètica que necessita energia per funcionar.
D’altra banda, la fructosa-2,6-bifosfat és un fort inhibidor de la gluconeogènesi, de manera que la insulina també ho serà, ja que fa que els nivells d’aquest compost augmentin, per increment de l’expressió gènica de l’enzim fosfofructoquinasa-2, que regula fructosa-2,6bifosfat. Contràriament, el glucagó serà un activador, ja que farà disminuir els nivells de fructosa-2,6-bifosfat (F-2,6-BP).
En relació a la piruvat carboxilasa, aquesta és activada per acetil-CoA, que, en nivells alts, activa la síntesi d’OAA. Si els nivells d’ATP són alts, aquest OAA es destina a la gluconeogènesi, mentre que si són baixos va a parar al cicle de Krebs.
Cicles de substrat Si sumem la reacció de la glucòlisi i de la gluconeogènesi veiem que no hi ha producció neta de fructosa-6-fosfat però, no obstant, es va gastant ATP. Aquest fet es pot il·lustrar amb la suma de les reaccions: Fructosa-6-fosfat ↔ Fructosa-2,6-bifosfat i viceversa de la glucòlisi i la gluconeogènesi, respectivament: ATP + Fructosa-6-fosfat à ADP + Fructosa-1,6-bifosfat Fructosa-1,6-bifosfat ATP à Fructosa-6-fosfat + Pi à ADP + Pi El fet de no generar productes i gastar ATP pot semblar absurd, per això en un principi es creia que la glucòlisi i la gluconeogènesi funcionant a la vegada constituïen un cicle futil. Ara però, se sap del cert que aquesta despesa d’energia té un sentit, el d’incrementar la resposta reguladora, per això s’anomena cicle de substrat. Anem a veure-ho: Suposem que ambdues vies tenen lloc a una velocitat semblant, però que la glucòlisi va un 20% més ràpid (aproximadament), de manera que el seu flux net és de 20 unitats. Aleshores, - 99- si augmentem la glucòlisi en un 20% i disminuïm la gluconeogènesi en un 20%, per efectes al·lostèrics, el rendiment de la glucòlisi serà de 120, i el de la gluconeogènesi de 72, de manera que el flux net de la glucòlisi serà 48: Glucòlisi Gluconeogènesi 100 - 90 +20% - 20% 120 - 72 Flux = 10 ß El flux net de la glucòlisi ha augmentat 5 vegades x5≅ = 48 Si, en canvi, la gluconeogènesi està pràcticament parada i la glucòlisi s’està duent a terme; el seu flux net augmenta molt menys: Glucòlisi Gluconeogènesi 11 - 1 +20% - 20% 13,2 - 0,8 Flux = 10 x1,24≅ = 12,4 Amb tot això, podem dir que un canvi en la velocitat de les vies incrementa substanciament el flux net de la via més rapida, especialment si inicialment les dues vies funcionen a velocitat semblant. Una utilitat dels cicles de substrat és la de mantenir la temperatura corporal gràcies a l’energia utilitzada.
ENTRADA DEL GLICEROL A LA GLUCONEOGÈNESI Primerament, els triacilglicèrids, que s’emmagatzemen al teixit adipós s’hidrolitzen a àcids grassos i glicerol.
Aquest glicerol és transportat al fetge, on es converteix en glicerol-3fosfat per glicerol quinasa, gastant ATP. Després glicerol-3-fosfat passa a dihidroxiacetona mitjançant glicerol-3-fosfat deshidrogenasa.
Aquest producte ja és un intermediari glucogenètic. Hem de tenir en compte que, en el cas que es formi glucosa a partir de glicerol, els àtoms de carboni d’aquesta molècula no passaran pel mitocondri, ja que la via s’inicia molt més endavant que si partim de piruvat.
CICLE DE CORI En el cicle de Cori, la glucosa produïda al fetge a partir de lactat passa a la sang per tal de distribuir-se pels diferents òrgans. A més, per tal de regenerar-se va a parar al múscul esquelètic, on té lloc la glucòlisi, que produeix lactat que a través de la sang torna a entrar al fetge, on de nou té lloc la gluconeogènesi. El cicle de Cori doncs, permet reciclar els àtoms de c arboni per anar obtenint glucosa.
- 100- CICLE DE LA GLUCOSA-ALANINA El principal productor d’alanina i glutamina(aminoàcids gluconeogènics) és el múscul esquelètic, ja que en ell hi té lloc una producció neta d’aquests aminoàcids, ates que en genera més que la quantitat que en té a les seves pròpies cèl·lules. A partir d’altres aminoàcids.
En el cicle de la glucosa-alanina, el piruvat del múscul esquelètic que no es transforma en lactat es transamina per ALT (alaninaaminotransferasa, enzim), per tal de donar alanina. Aquesta alanina arriba al fetge i es torna a transaminar en piruvat, que per la gluconeogènesi es converteix en glucosa. El cicle de la glucosa-alanina, a més de permetre que la glucosa es regerenri un cop haver-se distribuït en sang fa possible transportar nitrogen (molt tòxic), en forma d’aminoàcids (glutamat) i α-cetoàcids (αcetoglutarat), formes no tòxiques, fins al fetge, on passa a ió amoni i s’elimina pel cicle de la urea.
El cicle de Cori i el de la glucosa alanina funcionen simultàniament.
COOPERACIO DE LA GLUCÒLISI I LA GLUCONEOGÈNESI ENTRE ELS DIFERENTS TEIXITS Tema 14: DEGRADACIÓ D’ACIDS GRASSOS FUNCIÓ I ESTRUCTURA DELS ÀCIDS GRASSOS Els àcids grassos tenen moltes funcions, com la de reserva energètica formant part dels triacilglicèrids. Altres funcions són l’estructural (fosfolípids i esfingolípids) i la reguladora i de senyalització (funció hormonal i de molècules senyalitzadores (derivats dels àcids grassos)) i modificació postransduccional de les proteïnes.
Els àcids grassos estan formats per una llarga cadena hidrocarbonada, amb un grup carboxil a un dels extrems. El C1 és el carboni carboxílic, el Cα = C2, el C = C3 i el C = Cdistal, a l’altre β Ω extrem del C1, l’últim carboni. Els àcids grassos dels animals no són ramificats, i la seva cadena pot estar saturada o insaturada (insaturació en tots els carbonis o només en alguns).
- 101- Els dobles enllaços de la insaturació sempre són en cis i estan alternats (C9-C10, C11-C12, C14C15). Els més abundants en els animals són els de cadena llarga (de 12 a 24 carbonis), especialment els de 18 i 16C. També n’hi ha de cadena intermitja (uns 10 C) i curta (4-5C).
Alguns àcids grassos destacats són el palmitat (16C, saturat) i l’àcid oleic (16C, insaturació en cis entre C9 i C10.
ESTRUCTURA DELS TRIGLICÈRIDS Els triglicèrids es troben al teixit adipós, formant part de les cèl·lules d’aquest teixit, els adipòcits. Són èsters triples de glicerol units a tres molècules d’àcid gras.
ÀCIDS GRASSOS, PRINCIPAL FONS DE RESERVA ENERGÈTICA DELS ANIMALS La raó principal per la qual els àcids grassos, formant part dels triglicèrids, són la principal reserva energètica dels animals és el fet que estan molt reduïts (treuen molt pocs OH-), molt més que la glucosa. D’aquesta manera, com que s’han d’oxidar a CO2 i H2O, com els carbohidrats, generen molta energia en el seu procés de degradació, molta més que a partir dels carbohidrats.
A més d’això, la seva compactació en molècules de triacilglicèrids fa que en poca massa s’emmagatzemi molta energia, ja que al no tenir hidroxils aquests estan completament concentrats en la seva forma anhidra, a diferencia de ls carbohidrats, que s’emmagatzemen en aigua: 1g TG à ΔG = 9 Kcal/g 1g TG + 2g H2O à ΔG = 4 Kcal/g Malgrat la seva funció de reserva energètica, els àcids grassos també circulen pel plasma associats a ovoalbúmina, per tal d’augmentar la seva solubilitat.
OBTENCIÓ D’ÀCIDS LLIURES A PARTIR DE TRIGLICÈRIDS Per tal que els àcids grassos es puguin utilitzar s’ha de produir una degradació dels triglicèrids en el teixit adipós. Aquesta degradació és mobilitzada per adrenalina, glucagó i altres hormones, que estimulen l’adenilat ciclasa de les cèl·lules adiposes, el qual converteix l’ATP en AMPc (adenosin monofosfat cíclic). Aquest AMPc estimula aleshores la proteïna quinasa A, que activa triacil glicerol lipasa (HSL, lipasa sensible a hormones). En la seva forma activa, aquesta ultima hidrolitza els triglicèrids seqüencialment: El triacilglicerol és hidrolitzat a diacilglicerol, obtenint-se la segona molècula d’àcid gras i, finalment, el monoacilglicerol es trenca, alliberant l’última molècula d’àcid gras i el glicerol.
- 102- Per dur a terme aquest procés, a part de triacil glicerol lipasa hi intervé una altra lipasa, no regulada. Un cop separats els àcids grassos i el glicerol, tots surten de la cèl·lula cap a la circulació, on els àcids grassos s’uneixen a albúmina per tal de poder ser solubles en sang (free fatty acids), mentre que el glicerol es dirigeix al fetge, on farà de precursor de la gluconeogènesi, convertint-se en glicerol-3-fosfat, deshidroxiacetona-fosfat, etc.
La insulina reverteix els efectes de l’adrenalina i el glucagó, ja que promou la desfosforilació de triacil glicerol lipasa activant les fosfatases, així com també la fosfodiesterasa, que trenca l’AMPcíclic. Per tant, la insulina fa que els àcids grassos s’emmagatzemin al teixit adipós.
EXPERIMENT DE FRANZ KNOOP (1904) L’experiment de Franz Knoop demostra que els àcids grassos són oxidats al carboni β (C3). Per investigar utilitzava gasos, a alguns dels quals administrava àcids grassos de cadena parell i, a altres, de cadena imparell, amb un grup fenil com a marcador.
Al analitzar l’orina dels animals, trobava, en el primer cas (àcids grassos de cadena parell) benzoat i, en l’altre fenilacetat, la qual cosa posa de manifest que, efectivament, l’oxidació dels àcids grassos té lloc al C . Els enzims a traves dels quals es duen a terme aquest procés β però, no es van aïllar fins als anys 50.
ACTIVACIÓ I TRANSPORT DELS ÀCIDS GRASSOS AL MITOCONDRI Activació els àcids grassos a la membrana externa dels mitocondris Els àcids grassos, abans de ser degradats, han d’unir-se a CoA. Això té lloc per mitja d’una reacció de dues etapes catalitzada per acetil-coA sintetasa o tioquinasa, adherit a la membrana mitocondrial externa: • Etapa 1: l’àcid gras utilitza ATP per convertir-se en acil adenilat, amb el grup carboxil enllaçat a l’AMP, i dues molècules de fosfat (en forma de pirofosfat (PPi)).
• Etapa 2: l’acil adenilat reacciona amb el coenzim A, per donar lloc a acil-CoA i AMP.
Podem dir, doncs, que l’energia de l’ATP s’utilitza per generar l’enllaç tioèster entre el grup carboxil d’un àcid gras i el grup sulfhidril del CoA. Aquesta reacció està desplaçada cap als productes, ja que s’utilitzen dos enllaços d’alta energia i nomes se’n forma un.
R-COO- + CoA-SH + ATP + H2O à R-COO-CoA + AMP + PPi + 2H+ (PPi = 2Pi per hidròlisi) La reacció de l’acetil-CoA sintestasa activa els àcids grassos per a que estiguin llestos per dur a terme la β-oxidació.
Transport dels àcids grassos al mitocondri Per entrar a la matriu del mitocondri, on es produirà la β-oxidació, les molècules d’acil-CoA necessiten carnitina, ja que no travessen fàcilment la membrana mitocondrial interna. Es tracta d’un mecanisme especial de transport, en què la carnitina (4-trimetilamino-3- - 103- hidroxibutirat) rep el grup acil des de l’àtom de sofre el CoA fins al seu grup hidroxil. L’enzim que catalitza aquesta reacció és la carnitina palemitoiltransferasa (CPT 1) que promou el trencament d’un èsters (molècula d’acil-CoA) que passa a un tioèster (acil-carnitina), deixant el coenzim A lliure. Es tracta, doncs, d’una transesterificació.
Carnitina + acil-CoA à Acilcarnitina + CoA-SH Palmitoil transferasa 1 està unit a la membrana mitocondrial externa. No obstant, a la membrana mitocondrial interna hi ha un translocador, que porta l’acetil-carnitina fins a la matriu mitocondrial, on carnitina palmitoil transferasa 2 catalitza la reacció inversa, de manera que acil coa i cartnitina poden tornar a la matriu mitocondrial externa seguint el mateix mecanisme: Acil-carnitina + CoA-SH à Carnitina + acil-CoA L’entrada i sortida de la matriu mitocondrial i les reaccions de CPT 1 i CPT 2 es van mantenint. Cal destacar que el translocador només el necessiten els àcids grassos de cadena llarga, i que el malonil-CoA és un inhibidor de CPT-1.
β-OXIDACIÓ DELS ÀCIDS GRASSOS En la β-oxidació dels àcids grassos, un acetil-CoA d’un àcid gras és degradat mitjançant quatre reaccions després de les quals l’àcid queda escurçat en dos carbonis. La via es repeteix tantes vegades com sigui necessari per tal d’obtenir com a producte final una molècula d’acetil-CoA i una d’acil-CoA de dos carbonis (= 1 molècula d’acetil-CoA).
Etapes de la β-oxidació 1. Acil-CoA deshidrogenasa: família d’enzims, n’hi ha de varis tipus segons la llargada de la cadena que catalitzen. Es tracta d’una oxidació en la qual l’acil-CoA s’oxida per donar un enol-CoA amb un doble enllaç trans entre els carbonis C2 i C3 (trans-Δ2-enolCoA). L’enzim que catalitza la reacció (acil-CoA DH), utilitza FAD com a grup prostètic, el qual es redueix a FADH2. Els dos electrons del FADH2, després es transfereixen sobre la proteïna ETF (electron transfer protein), que inclou agrupacions Fe-S. Aquests electrons aniran a parar a la cadena de transport electrònic, concretament al coenzim Q: Acil-CoA + FAD à trans-δ-2-enoil-CoA (trans-Δ2-enoil-CoA) + FADH2 2. Enoil-CoA hidratasa: el doble enllaç de trans-δ-2-enoil-CoA s’hidrata, de manera que es forma el seu isòmer, 3-L-hidroxiacil-CoA.
Trans-δ-2-enoil-CoA + H2O à 3-L-hidroxiacil-CoA 3. 3-L-hidroxiacil-CoA deshidrogenasa: és una reacció d’oxidació, en què el C s’oxida, β de manera que el grup hidroxil es transforma en un grup carbonil, obtenint-se així βcetoacil-CoA (d’un hidroxil a un grup ceto). En aquesta reacció hi participa NAD+, que es redueix a NADH. Posteriorment, els electrons del NADH també aniran a la cadena de transport electronic: - 104- 3-L-hidroxiacil-CoA + NAD+ à β-cetoacil-CoA + NADH + H+ 4. β-cetoacil-CoA tiolasa: es tracta d’una tiòlisi, en la qual β-cetoacil-CoA es trenca, ja que al C3 s’uneix una molècula de CoA, generant-se així un derivat d’acil-CoA (amb dos carbonis menys) i una molècula d’acetil-CoA.
β-cetoacil-CoA + HS-CoA à Acil-CoA (n-2C) + acetil-CoA Estequiometria d’un cicle de la β-oxidació La reacció global de la β-oxidació dels àcids grassos és la següent: Acil-CoA(n) + NAD+ + FAD + H2O + CoA-SH à Acil-CoA(n) + NADH + H+ + FADH2 + Acetil-CoA Per veure amb més detall aquest balanç podem posar l’àcid palmític (16 C, saturat) com a exemple, ja que segons el nombre de carbonis de l’àcid gras tindrem un balanç o un altre, depenent dels cicles que haguem de dur a terme. En l’oxidació de l’àcid palimiti tene lloc 7 cicles (ja que en l’últim s’obtenen dues molècules de 4C, alerta), i per tant es produeixen 7 FADH2, 7 NADH i 8 acetil-CoA. Després de la β-oxidació els electrons del NADH i el FADH2 entren a la cadena respiratòria, i l’acetil-CoA al cicle de Krebs, on també s’obtindrà NADH i FADH2. En el balanç global de la β-oxidació s’ha de tenir en compte que en l’activacio dels àcids grassos s’han gastat 2 ATP (en el trencament pirofosfatolític: ATP à AMP + 2Pi), de manera que els hem de restar a l’estequiometria de la β-oxidació. En total tindrem 106 ATP (contant que van a la cadena de transport electrònic).
Oxidació d’àcids grassos insaturats Al oxidar un àcid gras insaturat s’obté menys energia que al oxidar-ne un de saturat, ja que està menys reduït (més oxidat). A més, com que els dobles enllaços dels àcids grassos insaturats estan en cis i en la degradació que hem vist es forma trans-Δ2-enoil-CoA, aquestes molècules necessiten enzims addicionals per ser degradades.
• Oxidació d’un àcid gras monoinsaturat: àcid oleic: l’àcid oleic té 18C, i un enllaç en cis. La β-oxidació, en aquest cas, funciona normal fins al 3r cicle, però després d’aquest s’obté un producte estrany, el cis-Δ3-dodecenoil-CoA, sobre el qual acetilCoA deshidrogenasa no pot actuar, ja que li molesta el doble enllaç en cis de l’àcid, en els carbonis C3-C4.
Davant d’aquesta impossibilitat, enoil-CoA isomerasa col·loca el doble enllaç en trans. D’aquesta manera, ja pot continuar la β-oxidació, ara ja tocaria la hidratació (ens hem saltat la oxidació al obtenir cis-Δ3-dodecenoil-CoA. En la oxidació dels àcids grassos monoinsaturats, com hem vist hi ha una única activitat addicional (isomerasa)- • Oxidació d’un àcid gras poliinsaturat: en la β-oxidació dels àcids grassos poliinsaturats hi ha dues activitats enzimàtiques addicionals (isomerasa + reductasa).
- 105- Oxidació dels àcids grassos de cadena senar La majoria dels àcids grassos són de cadena parell, però n’hi ha alguns de cadena senar.
Aquests es degraden de manera similar, però en l’últim cicle de la β-oxidació s’obté un àcid de 3 carbonis (propionil o àcid propionic i acetil-CoA), ja que en l’última β-oxidació hi entra un àcid gras de 5 carbonis. El propionil no pot tornar a entrar al cicle, és per això que es converteix en succinil-CoA per tal de poder ser incorporat al cicle de Krebs, a través d’un seguit de reaccions: 1. Propionil-CoA carboxilasa: propionil-CoA es carboxila (en Cα) per propionil-CoA carboxilasa, que utilitza biotina com a grup prostètic, així com també ATP i HCO3com a substrat, que es convertirà en el grup carboxil. El producte obtingut en aquesta reacció és D-metilmalonil-CoA, juntament amb ADP i Pi.
Propionil-CoA + HCO3- + ATP à D-metilmalonil-CoA + ADP + Pi 2. Metilmalonil-CoA epimerasa: l’enzim canvia la configuració del carboni asimètric.
S’obté L-metilmalonil-CoA: D-metilmalonil-CoA à L-metilmalonil-CoA 3. Metilmalonil-CoA maltasa: el Cα intercanvia el seu grup carboxil-CoA per l’hidrogen del Cβ. Així, es converteix en succinil-CoA, intermediari del cicle de Krebs, de manera que hi pot entrar. Aquest enzim és un dels únics que utilitza com a coenzim un derivat de la vitamina B12.
L-metilmalonil-CoA à Succinil-CoA Coenzim B12: es tracta d’un anell de corina amb un àtom de covalt al centre, unit a 4 àtoms de N (recorda a un grup hemo). La 5ena posició està enllaçada a un ribonucleòtid de dimetil benzimidazol, i la sisena posició pot estar lliure, ocupada per 5-desoxiadenosina (aleshores es diu descoiadenosil cobalatina), per un grup ciano (aleshores s’anomena cianocobalamina) o per un metil.
β-oxidació peroxismal Els peroxisomes tenen especificitat per àcids grassos de cadena llarga (àcid tetracosanoic à 24C, àcid hexacosanoic à 26C).els seus enzims són similars als de la β-oxidació mitocondrial, però no idèntics. D’altra banda, els electrons transferits a FADH2 en la reacció de l’acetil-CoA deshidrogenasa (i en els altres en què hi hagi transferència d’electrons) no poden anar a parar al coenzim Q (ja que als peroxisomes no hi té lloc la respiració), de manera que es transformen directament en oxigen, el qual es redueix a H2O2, que es redueix a H2O i a H2O2.
Els enzims de la β-oxidació peroxisomal formen un complex proteix on les activitats enoil-CoA hidratasa i β-hidroxiacil-CoA resideixen en la mateixa proteïna de 150 KD.
COSSOS CETÒNICS - 106- Els cossos cetònics són l’acetona, l’acetoacetat (β-cetoàcid) i el D-β-hidroxibutirat (βhidroxiàcid). Tots aquests compostos es poden interconvertir entre ells. La seva síntesi es produeix al fetge, dins dels mitocondris. El seu precursor únic és l’acetil-CoA.
Síntesi de cossos cetònics 1. Tiolasa: es traca de la condensació de dues molècules d’acetil-CoA per obtenir acetoetil-CoA. És una reacció de síntesi, l’energia de la qual s’obté de la hidròlisi d’un dels enllaços tioèster, de manera que, com a producte, també obtenim CoA.
2-acetil-CoA ↔ acetoetil-CoA + CoA 2. HMG-CoA sintasa (3-hidroxi-3-metil-glutaril-CoA): és una altra condensació en aquest cas del producte de la reacció anterior (acetoetil-CoA) i l’acetil-CoA. Una altra vegada, l’energia per a la unió de les dues molècules s’obté de la hidròlisi d’un enllaç tioèster. El producte obtingut és HMG-CoA. En la reacció també hi intervé H2O.
Acetil-CoA + H2O + acetoetil-CoA ↔ HMG-CoA + CoA 3. HMG-CoA liasa: s’allibera la molècula d’acetil-CoA que es troba formant HMG-CoA. El producte obtingut és l’acetoacetat. Aquest acetoacetat pot passar a hidroxibutirat (com veurem en la reacció següent) o bé a acetona, per descarboxilació (reacció no enzimàtica).
HMG-CoA à Acetoacetat + acetil-CoA Acetoacetat + H+ à acetona + CO2 → HMG-CoA és un intermediari de la síntesi del colesterol. Es produeix al citosol.
→ L’acetona és un subproducte de la fosforilació de CC, no té utilitat, s’elimina per la respiració.
4. β-hidroxibutirat deshidrogenasa: generalment, l’acetoacetat es redueix a D-3hidroxibutirat, mitjançant NADH, que s’oxida a NAD+. Aquest és un producte freqüent en els humans: Acetoacetat + H+ + NADH ↔ D-3-hidroxibutirat + NAD+ Estequiometria global de la síntesi els cossos cetònics: 2-acetil-CoA + H2O à Acetoacetat + 2CoA-SH + H+ Síntesi d’acetil-CoA a partir de cossos cetònics 1. β-hidroxibutirat deshidrogenasa: oxidació de hidroxibutirat DH a partir de NAD+. El producte és aceteoacetat. És igual que la reacció 4 de la síntesi de cossos cetònics però inversa: β-hidroxibutirat + NAD+ ↔ acetoacetat + NADH + H+ 2. β-cetoacil-CoA transferasa: el succinil-CoA transfereix el seu CpA a l’acetoacetat, convertint-se en succinat. S’obté acetoacetil-CoA: Acetoacetat + succinil-CoA à succinat + acetoacetil-CoA - 107- 3. Tiolasa: acetacetil-CoA reacciona amb una molècula de CoA, amb la qual cosa es trenca i s’obtenen 2 molècules d’acetil-CoA. Reacció inversa a la 1 de la síntesi de CC: Acetoacetil-CoA + CoA-SH ↔ 2acetil-CoA Utilitat dels cossos cetònics L’acetil-CoA format en la oxidació dels àcids grassos entra en el cicle de Krebs si la degradació de grasses i els carbohidrats està equilibrada. L’entrada d’acetil-CoA depèn de l’assequibilitat de l’OAA per formar citrat. Aquest OAA es troba en menor concentració si els carbohidrats no estan disponibles, per tant, si els greixos predominen sobre els glúcids l’acetil-CoA no entrarà en el cicle (ex: en dejú), ja que el poc OAA disponible servirà per generar glucosa via gliconeogènesi. Davant d’això, l’acetil-CoA serà desviat cap a la formació de cossos cetònics, que a diferencia dels àcids grassos, són solubles, de manera que poden actuar com a combustible pel cervell (ja que al ser hidrosolubles poden travessar la barrera).
De fet, sovint el cervell s’acostuma a utilitzar cossos cetònics davant de baixes concentracions de carbohidrats, ja que la gluconeogènesi promou l’autodegradació.
- 108- Tema 15: SÍNTESI DELS ÀCIDS GRASSOS Diferències entre la degradació d’àcids grassos i la síntesi 1. La degradació passa al mitocondri i la síntesi al citosol (en el cas de les plantes als cloroplasts).
- 109- 2. La degradació té tots els intermediaris units al coenzim A i la síntesi els té units a ACP (acilcarreil protein).
3. En la degradació els acceptors d’electrons de la β-oxidació són FAD+, NAD+. En canvi, en la síntesi l’energia és donada en forma d’electrons subministrats per NADPH.
4. El producte de la de la degradació és l’acetil-CoA, en la síntesi és l’allargament de la cadena de 2 en 2 (ho dóna el malonil-CoA).
5. La degradació degrada els àcids grassos de diferents longituds i en la síntesi arribarà fins a 16C (a. palmític) à ús d’altres enzims.
6. Mentre que en la degradació els enzims són independents, en la síntesi els enzims són un gran enzim multifuncional (totes les activitats en una mateixa cadena oxidativa).
Semblances entre la degradació d’àcids grassos i la síntesi El coenzim A i Acil Carrier Protein (ACP) tenen la mateixa part activa però amb diferent suport: ACETIL-COA CARBOXILASA L’usem per obtenir àcid malònic: Acetil-CoA + ATP + CO2 + H2O à Malonil-CoA + ADP + Pi + H+ Té dues etapes: 1. Carboxilació del grup prostètic: Butiril E + CO2 + ATP à Carboxi-butiril-E + ADP + Pi 2. Carboxi-butiril-E + Acetil-CoA à b L’acetil-CoA carboxilasa regula la via i té un mecanisme de regulació à Es pot presentar en forma digomèrica (perd activitat) o multimèrica (en guanya).
Mecanisme de tipus ping-pong Totes les carboxilases funcionen igual.
L’acetil-CoA carboxilasa reacciona en un determinat ordre à és un mecanisme ping-pong.
- 110- Primer entren ATP i bicarbonat es carbolitza i surt ATP i després Pi (fosfat). entra un substrat (acetil-CoA) i en surt un producte (malonil-CoA).
La reacció succeeix per passar d’acetil-CoA a malonil-CoA.
Amb els components d’aquesta reacció es produeixen una sèrie de reaccions: les reaccions de la síntesi dels àcids grassos: 1. Acetil-CoA + ACP-SH à Acetil-ACP + CoA-SH L’enzim és la acetilreansacilasa. Es trasllada el grup acetil des del grup tiol del CoA fins al grup tiol de l’ACP à Gran tioesterificació.
2. Malonil-CoA + ACP-SH ↔ Malonil-ACP + CoA-SH l’enzim és el maloniltransacilasa. Aquest fa el mateix que l’anterior: passa el grup malonil del grup tiol del CoA fins al grup tiol de l’ACP.
Aquesta és una reacció molt especifica, només usa com a substrat el malonil-CoA.
3. Malonil-ACP + Acetil-ACP ↔ Acetoacetil-ACP + ACP-SH + CO2 Els dos productes es condensen (reaccionen entre si). S’usa un enzim condensant.
Partim de 5 unitats de carboni i el producte final en té 4 (acetoacetil-ACP + CO2).
Aquesta reacció necessita molta energia, tanta que s’obté de la hidròlisi d’un dels dos tioèsters i, a més, (energia addicional) del trencament d’un dels enllaços (el grup carboxil del malonil-ACP).
El CO2 alliberat a aquesta última reacció és el mateix que s’incorpora a la reacció que passa d’acetil-CoA a malonil-CoA. També podríem dir que l’energia prové de l’ATP d’aquesta reacció.
4. Reducció de l’acetoacetil-ACP a D-3-hidroxobutiril-ACP per NADPH (donador d’electrons). Enzim: β-cetoacil-ACP reductasa.
5. Deshidratació per formar doble enllaç.
- 111- Enzim: β-hidroxiaxil-ACP deshidratasa.
6. Reducció del doble enllaç (saturació). El donador d’electrons és el NADPH.
Enzim: enoil-ACP reductasa.
El producte d’aquesta reacció reaccionarà amb el malonil-ACP i un enzim condensant farà que: Butiril-ACP (4C) + Malonil-ACP (3C) à ACP-SH + CO2 + β-cetoacil-ACP (6C) Quan s’arriba al doble enllaç de 16C això no pot continuar, aleshores tenim àcid palmític-ACP que s’hidrolitza i allibera l’àcid palmític. Després hi haurà sistemes alternatius per allargar la cadena.
Estequiometria de la síntesi de palmitat Acetil-CoA + 7Malonil-CoA +14NADPH + 20H+ à Palmitat + 7CO2 + 14NADP+ + 8CoA-SH + 6H2O 7Acetil-CoA + 7CO2 + ATP à 7Malonil-CoA + 7 ADP + 7Pi + 14H+ + 8Acetil-CoA (8x2C) + 7ATP + 14NADPH + 6H+ à Palmitat (16C) + 14NADP+ + 8CoA-SH + 6H2O + 7ADP + 7Pi → Referim la síntesi de l’àcid palmític exclusivament a l’acetil-CoA ORIGEN DEL NADPH I DE L’ÀCETIL-COA PER LA SÍNTESI D’ÀCIDS GRASSOS - 112- La síntesi d’àcids grassos es produeix al citosol i es necessita NADPH i acetil-CoA. L’acetil-CoA es produeix en la degradació d’àcids grassos i en la piruvat deshidrogenasa després de la glucòlisi. Tot això passa dins el mitocondri à L’acetil-CoA haurà de sortir a fora: L’acetil-CoA es condensa i produeix citrat (reacció vista al cicle de Krebs). El citrat, al ser un àcid tricarboxilic i amb un transportador d’àcids tiocarboxílics surt a l’exterior i es trenca à Passa a acetil-CoA + oxalacetat. L’enzim que produeix el trencament es diu ATP citrat sintasa.
Per tenir una reacció sostenible d’oxalacetat ha d’entrar al mitocondri. Per fer-ho el convertim en malalt (reacció vista) i el malat (4C) a través de l’enzim màlic (NADPH depenent) passa a piruvat (3C). Es produeix una descarboxilació i una reducció.
El piruvat entra dins la mitocondri i un cop a dins torna a convertir-se en oxalacetat (reacció de la gluconeogènesi à enzim piruvat carboxilasa). Finalment l’oxalacetat passa a citrat a través del citrat sintasa.
Al usar enzim màlic es forma NADPH à El cicle té una doble funció: • Treure acetil-CoA fora de la mitocondria.
• Formar NADPH perquè abanci la síntesi d’àcids grassos.
Per sintetitzar l’àcid palmític necessitem 8 acetil-CoA, això vol dir que s’han de treure 8 acetil-CoA fora del mitocondri.
També fan falta 14 NADPH à Quan es treuen els acetil-CoA es formen 8NADPH. Aquests no són suficients, els NADPH que falten vindran de la via de les pentoses fosfat.
ACTIVITAT DELS ENZIMS DE LA SÍNTESI D’ÀCIDS GRASSOS • Plantes i bacteris: tenen activitats independents.
• Llevats: les activitats estan sobre dues cadenes polipeptídiques.
• Vertebrats: totes les activitats estan sobre la mateixa cadena polipeptídica à Gran enzim multifuncional anomenat àcid gras sintasa.
- 113- Mecanisme de síntesi de l’àcid gras sintasa Des de l’ACP sobre l’enzim condensat a Enzim condensat Àtom de C oxidat L’ACP està ocupat pel 2n malonil i a l’enzim condensat hi ha el butiril à Hi haurà una translocació (tornem al principi).
Àtom de C reduït a: Sobre l’enzim condensat s’afegeix una unitat d’acetil i sobre el grup tiol ACP una unitat de malonil. à L’enzim condensat es condensa i els dos carbonis del grup acetil es traslladen.
L’enzim gras sintasa: enzim multifuncional i dimèric L’àcid gras sintasa actua com un dímer: estan enfrontats però a l’inrevés (dibuix): El grup tiol de l’enzim condensat d’una de les subunitats està encarat amb el grup tiol de l’ACP de l’altra subunitat.
Els dos grups tiol són els dos que treballen conjuntament i es van produint les translocacions. Això es produeix tant en un lloc com en un altre.
Ara bé, quan arribem a 16C, la tioesterasa hidrolitzarà i formarà l’àcid palmític.
REGULACIÓ DE L’ACETIL-COA CARBOXILASA 1. En funció de la forma en què es troba: • Oligomèrica: perd activitat.
• Multimèrica: guanya activitat.
El citrat indica precursors biosintetics, i per tant, promou el pas multimèric.
El palmitat indica el punt final de la via. Això indica que ha de disminuir la velocitat i fa que l’enzim canviï a forma oligomèrica.
2. Per la fosforilació: - 114- • Fosforilat: per quinases. S’inactiva acetil-CoA carboxilasa. Ara bé, amb la presencia de citrat, tot i estar fosforilat, l’enzim s’activa.
• Desfosforilat: s’activa.
El principal enzim que fosforila és la protein quinasa amb AMP (PK-AMP). Aquesta és completament diferent a la PKA activada per AMP cíclic.
Quan AMP baixa, pugen els nivells d’ATP i això activa la PK-AMP.
És per això que diem que la PK és un sensor de l’estat energètic à Quan és baix es desactiven les vies biosintètiques: • Si s’allibera glucagó o adrenalina no hi ha síntesi d’àcids grassos, ja que amb la PKA s’inhibeix la desfosforilació.
• Amb la insulina, en canvi, com que s’allibera quan hi ha recursos biosintètics, s’activa la carboxilasa i es produeix la síntesi.
→ Els mamífers poden sintetitzar àcids grassos saturats i, un cop s’han fabricat, podem introduir insaturacions (dobles enllaços). Ara bé, aquestes insaturacions no poden anar més enllà del carboni 9 (o 9).
Al nostre cos tenim insaturacions que poden anar més enllà del carboni 9 à Els obtenim amb la dieta. Aquests àcids els podem usa com a substrat per anar ficant insaturacions.
Ex: àcid araquidònic à Precursor dels eicosanoides (compostos cíclics): molècules senyal (hormones d’acció local).
SÍNTESI DE GLICEROL FOSFAT PER LA PRODUCCIÓ DE TRIGLICÈRIDS Es produeix glicerol-3- fosfat a partir de: - Glicerol (fetge).
- Glucosa à (fetge i teixit adipós).
SÍNTESI DE TRIGLICÈRIDS - 115- glucòlisi Tema 16: METABOLISME DEL COLESTEROL I LIPOPROTEÏNES COLESTEROL Funcions: − Estructural: el colesterol és un component essencial en la membrana orgànica eucariota.
− Precursora: a partir del colesterol es sintetitzen moltes molècules i hormones esteroides, sals biliars i vitamina D.
Estructura Té una estructura de naturalesa lipídica, hidrofòbica, majoritàriament apolar. La única estructura polar és el grup hidroxil associat al carboni 3. Té 4 cicles.
Síntesi novo de colesterol − El podem obtenir per la dieta i si és insuficient el sintetitzem: síntesi novo de colesterol.
− Això es pot fer a nivell de diversos teixits com al fetge i a l’intestí entre altres.
− Té tres fases: I.
• Obtenció de isopentil pirofosfat (compost previ).
• Obtenció d’esqualè.
• Obtenció de colesterol.
Obtenció d’isopentil pirofosfat A partir d’acetil-CoA obtenim isopentil pirofosfat com a la síntesi enzimàtica de cossos cetònics. Per fer això, s’ha d’haver passat abans l’acetil Co-A a mevalonat.
Això ho ha l’enzim hidroximetil glutaril coenzim A reductasa i té lloc a nivell citosòlic i es produeix a la membrana el RE. Aquesta és la reacció limitant, la que regula la via.
El mevalonat passa a isopentil pirofosfat a partir de quatre reaccions intermèdies, on participen tres molècules d’ATP i la ultima etapa és de descarboxilació.
Un isopentil pirofosfat consisteix en 5 àtoms de carboni i amb 2 grups fosfat.
II. Obtenció d’esqualè Es van condensant molècules d’isopentil pirofosfat per donar lloc a esqualè.
Enzim geranil transferasa fa les dues reaccions inicials: 1. Agafa dues molècules d’isopentil pirofosfat, una normal i l’altre en forma isomeritzada (dimetil pirofosfat). Amb això obtindrem una molècula de 10 àtoms: geranil isopentil pirofosfat.
2. El mateix enzim (geranil transferasa) agafa una altra molècula isopentil pirofosfat i forma farmesil pirofosfat.
3. Esqualè sintasa (enzim): síntesi d’esqualè amb dues molècules de farmecil pirofosfat. En aquesta reacció s’allibera pirofosfat i es requereix NADPH (energia).
- 116- III. Obtenció de colesterol o fase de ciclació Es formen els 4 cicles del colesterol. Ho fa en dos passos: 1. L’esqualè (30 C) passa a lanosterol (30 C) a partir de l’enzim oxidoesqualè, en la qual es cicla l’esqualè a partir de NADPH i oxigen.
En aquesta reacció hi ha unes hidroxilacions i es creen grups OH (+H2O) on hi havia hidrògens.
2. Es passa de lanosterol (30 C) a colesterol (27 C) això es fa amb 19 passos. Són unes reaccions molt complexes que utilitzen NADPH.
Sistema de transport del colesterol en sang Per transportar els compostos de naturalesa lipídica hi ha un sistema, el cas del colesteroll són les lipoproteïnes.
LIPOPROTEÏNES • Són vesícules de la sang que poden transportar colesterol i alguns triglicèrids.
• Tipus: − Quilomicrons: lipoproteïnes que surten del tub intestinal i transporten greixos que adquirim per la dieta. És ric en triglicèrids.
− Romanents de quilomicrons: quilomicrons sense triglicèrids i bàsicament amb colesterol.
− VLDL: de baixa densitat, transporten sobretot triglicèrids (amb colesterol) d’origen hepàtic. Aquests triglicèrids s’anomenen triglicèrids endògens.
− IDL − LDL bàsicament transporten colesterol, processat prèviament a nivell − HDL hepàtic.
Es necessiten estructures per solubilitzar aquestes vesícules, aquestes són proteïnes que formen part de les lipoproteïnes, les apoproteïnes.
Apoproteïnes La seva funció és ajudar a la solubilitat de les lipoproteïnes i permetre el reconeixement d’aquestes estructures per part dels teixit que volen captar els triglicèrids o carboni (permeten el reconeixement per part dels teixits diana de la lipoproteïna en qüestió).
Per la dieta ingerim greixos a nivell intestinal, aquests contenen molts triglicèrids i poc colesterol.
Els quilomicrons transporten aquests greixos per la sang i diferents teixits van agafant triglicèrids com a combustible (múscul esquelètic, teixit adipós, glàndules mamaries en - 117- període de lactància). à Això és degut a que a la superfície dels teixits hi trobem LPL (lipoproteinlipasa), aquestes generen àcids grassos lliures fent que vagin desapareixent els triglicèrids dels quilomicrons. à Els QM passen a ser romanents de QM i són captats pel fetge que processarà els triglicèrids i el colesterol que continguin els QM.
El fetge exportarà a la sang vesícules VLDL (lipoproteïnes de baixa densitat, que contenen una gran quantitat de triglicèrids). Aquestes viatgen com els QM i donen àcids grassos als teixits que ho necessitin. Quan només queda colesterol les VLDL passen a remanents de VLDL (IDL).
Aquestes tenen una densitat intermitja i són riques en colesterol. En un futur, les IDL poden tornar a ser processades pel fetge i ser VLDL altre cop o bé poden continuar viatjant en la sang i formar les LDL (riques en colesterol, “colesterol dolent”). Els teixits capten aquesta vesícula (tota) quan necessiten colesterol per invaginació.
L’HDL són vesícules amb una gran densitat (“colesterol bo”) i fan un transport revertit de colesterol, va recollint colesterol lliure del cos (per mort cel·lular, etc.). à Tenen una activitat enzimàtica que recull colesterol. El fetge les agafa i processa el colesterol.
Un excés de colesterol produeix problemes cardiovasculars, actualment s’analitza a partir de la diferencia de quantitat de HDL i LDL: LDL/HDL < 3,5 (valors normals) Endocitosi mediada per receptors LDL Té lloc en els teixits excepte en el fetge i l’intestí.
On hi ha una necessitat de colesterol s’expressa una superfície de membrana en un receptor específic que s’uneix amb LDL. Quan passa LDL, el receptor és capaç d’unir-s’hi, concretament s’uneix a la proteïna ApoB-100. On per endocitosi capta la lipoproteïna sencera.
Si es separa l’endosoma en dos veurem: • Receptors: reutilitzats per la superfície (reciclatge).
• Lipoproteïna: es fusiona al lisosoma i es degrada.
Els receptors tenen dos biodominis funcionals els quals fan referencia a: • Domini N-terminal: responsable de la unió amb les proteïnes LDL (B-100).
• Domini C-terminal: a la cara citosòlica, provoca l’endocitosi.
Veiem un canvi conformacional degut a la unió amb el lligand LDL.
Un dèficit de receptor crea una patologia hereditària: hipercolesterolèmia familiar. El receptor transmembrana pateix una mutació per heterocitosi i només es sintetitza un 50% de la proteïna.
La homosigosi és pràcticament letal. En els primers mesos de vida es detecta degut a que hi ha una aterosclerosi (taponament dels vasos sanguinis), cosa que crea un risc de malaltia cardiovascular.
Tractament • Estimulant la síntesi de receptor LDL, per captar més colesterol.
- 118- • Estatines: inhibeixen la síntesi de colesterol: HMG-CoA reductasa.
• A nivell intestinal, evitem la reabsorció de les sals biliars.
Síntesi de les sals biliars El colesterol és un precursor d’una sèrie de molècules: hormones esteroides, sals biliars, vitamina D.
Són sintetitzades a nivell de fetge, acumulades a la vesícula biliar i separades a l’intestí on emulsionaran els greixos (fent trossets).
Sb TAG: lipases tenen més superfície d’actuació, cosa que facilita la obtenció de greixos.
Les sals més bàsiques són el glicomalat (més absolut) i el taurocolat. Aquestes són estructures similars al colesterol.
Hormones esteroides - De la família de progestàgens, on es troba la progesterona.
- Contenen gemocorticoids, com el cortisol (ronyo estries).
- Es troben les mineralocorticoides, on es troba l’aldosterona (ronyó). Aquest regula els nivells de sodi, potassi i clor a l’orina.
- Trobem els andrògens (testosterona) i els estrògens, aquests estan a diferent nivell de comportament i estructural.
Vitamina D - Té diferents etapes, la formació de vitamina D3 (provitamina) es troba en contacte amb la llum solar. La forma activa de vitamina D3 més calcitriol.
- La vitamina D regula el nivell de calci i fosfat, això permet la correcte calcificació dels ossos.
- Un dèficit de vitamina D causa raquitisme en nens.
- Un dèficit de vitamina D causa en adults osteomalàcia, típica de poblacions - 119- Tema 17: METABOLISME D’AMINOÀCIDS I CICLE DE LA UREA Parlarem d’aminoàcids (molècules amb C i N). Aquests s’emmagatzemen en forma de proteïna, les quals tenen una infinitat de funcions.
Els aminoàcids que tenim són un equilibri entre els aminoàcids de la dreta i proteïnes intracel·lulars que es degraden (balanç positiu).
Per degradar-los separem: A. El grup carboxil per una banda.
B. El grup amino: amb el N sintetitzarem biomolècules i el que sobri s’eliminarà amb el cicle de la urea.
TRANSFERÈNCIA DE GRUPS AMINO CATALITZADA PER L’AMINOTRANSFERASA Usen el piridital fosfat com a coenzim (aminotransferasa). Com a substrat usen sobretot αcetoglutarat que produirà glutamat (és el principal compost on es recullen els grups amino quan es degraden).
ELIMINACIÓ DE L’AMONI EN EL FETGE Un cop s’han recollit els grups amino, el glutamat es desamina alhora que s’oxida per acció d’un enzim (glutamat deshidrogenasa) i tot el nitrogen que ha recollit s’elimina com ió amoni.
- 120- Hi ha altres formes d’eliminar el nitrogen (no les considerarem).
SÍNTESI DE GLICEROL FOSFAT Aquest ió l’eliminarem en forma d’urea.
Tot això passa al fetge.
També podem obtenir l’ió amoni a partir de: A. Alanina: arriba del múscul i el nitrogen passa a forma d’ió amoni de la mateixa forma.
B. Glutamina: també arriba del múscul (i altres teixit) i el nitrogen passa a forma d’ió amoni a traves de la glutaminasa que fa que la glutamina passi a glutamat.
SÍNTESI DE LA GLUTAMINA CICLE DE LA UREA: KREBS I HENSELEIT (1932) - 121- L’ió amoni és altament tòxic (poden tenir símptomes cerebrals) à És important eliminar-los.
És una via que fabrica urea i està distribuïda entre el citosol i el mitocondri (dues reaccions).
Forma d’urea: → Els dos àtoms de nitrogen venen de la incorporació a partir d’un ió d’amoni lliure i l’altre del nitrogen de l’àcid aspàrtic.
1. CO2 + H2O + ACP + NH3 à Carbonil-P + AMP + PPi (pirofosfat) (Síntesi de carbamoilfosfat) Bicarbonat → Importància: permet introduir el primer nitrogen a la urea.
→ L’enzim emprat és carbomoilfosfat sintetasa (CPS-1). És un enzim mitocondrial i regula el flux de la via.
2. Primera reacció del cicle de la urea (mitocondri).
- 122- → Enzim: ornitina transcarbamoilasa.
→ Ornitina i citrul·lina són dos aminoàcids no proteics (no estan a les proteïnes).
3. Segona reacció del cicle de la urea (citosol) → Enzim: arginiosuccionat sintetasa.
4. Tercera reacció del cicle de la urea (citosol) → Enzim: arginosuccinasa.
5. Quarta reacció del cicle de la urea (citosol) - 123- → Enzim: arginasa.
ESTEQUIOMETRIA DEL CICLE DE LA UREA l’àtom de carboni de la urea ve del CO2 i els dos àtoms de nitrogen venen, un de l’ió amoni lliure i l’altre de l’aspartat.
Fabricar una molècula d’urea costa 4 ATP, ja que es gasten 3 molècules d’ATP però • es trenquen 4 enllaços fosfat (= 1 ATP).
Al cicle de la urea hi ha producció de fumarat neta. Aquest és un intermediari del • cicle de Krebs à Les dues vies estan connectades. Ara bé, les dues treballen en llocs diferents de la cèl·lula (el cicle de Krebs al mitocondri i el de la urea al mitocondri i al citosol).
REGULACIÓ CARBAMOIL-FOSFAT SINTETASA El glutamat és un activador de la carbamoïlfosfat sintasa à Quan els nivells de glutamat pugen, l’enzim s’activa.
En realitat no l’activa el glutamat, ja que aquest interacciona ràpidament amb l’acetil-CoA per formar n-acetil glutamat. És aquest el que activa la carbomoilfosfat sintasa. Això augmentarà la velocitat del cicle de la urea i es podrà eliminar el nitrogen.
DESTÍ DE L’ESQUELET CARBONAT DELS AMINOÀCIDS Els àtoms de carboni dels 20 aminoàcids de les proteïnes es converteixen en intermediaris de les vies.
Tipus d’intermediaris: • Intermediaris glucogenètics: poden convertir-se en glucosa (*) • Intermediaris cetosòmics: poden convertir-se en àcids grassos o cossos cetosèmics.
( *) - 124- La leucina i la lisina només formaran cossos cetosèmics. Per això els anomenem àtoms cetosèmics purs.
* * * * * * * - 125- * Tema 18: BIOSÍNTESI I DEGRADACIÓ DE NUCLEÒTIDS Els nucleòtids sintetitzen compostos essencials pels organismes: - Precursors de DNA i RNA.
- Precursors de molècules com GTP, ATP, UDP i de segons missatgers com AMPc i GMPc.
- Precursors de NAD+, NADP+, FAD, CoA.
- Un nucleòtid està format de: 1. Base nitrogenasa: pirimidina i purina (A i G).
2. Pentosa: sucre (ribosa normal). Pot ser: • Ribosa: RNA à Dos hidroxils.
• Desoxiribosa: DNA.
3. Fosfat (PO3-).
- - Nomenclatura: Exemple: • Base: adenina.
• Nucleòsid: desoxiadenina.
• Nucleòtid: desoxiadenosina 5’ fosfat (desoxiadenilat (dAMP)).
Lògicament els nucleòtids poden tenir un, dos o tres fosfats.
RECUPERACIÓ I SÍNTESI DE NOVO DE NUCLEÒTIDS En la síntesi de novo a partir de ribosa (activada), aminoàcids, diòxid de carboni, ATS, etc. es formen nucleòtids.
El reciclatge es procedent de la degradació pròpia à Reutilització. S’aprofiten nucleòtids prominents de la dieta (bases nitrogenades).
Ribosa activada à És reconeguda específicament per fer nucleòtids. Està marcada per PRPP (5-fosforibosil-1-pirofosfat). Això ho fa la ribosa fosfatoquinasa: Ribosa-5-P + ATP à PRPP + AMP - 126- La ribosa-5-fosfat és un intermediari de la branca no oxidativa de la ruta de les pentoses fosfat.
SÍNTESI DE PURINES (A I G) Es sintetitza a partir de ribosa-5-fosfat, estructures procedents d’aminoàcids, diòxid de carboni, aminoàcids, rinosa +, tetrahidrofolat (síntesi de l’anell).
Tot això dóna lloc a IMP (Iosianat o inosina monofosfat) (precursor per generar ATP i GTP).
Les de tipus ribosa, a partir de GTP i ATP farem dGTP i dATP per si la necessita el DNA.
El mateix enzim agafa glutamina (glutamat + NH3) à Dues reaccions en una.
A partir d’aquí es va formant l’anell.
A partir d’IMP: - AMP participa l’aspartat. Necessitem GTP, ja que la síntesi ha d’estar equilibrada.
- GTP participa NAD+ i necessitem ATP.
Inhibició al·lostèrica de la síntesi de purines Inhibició de la formació de PRPP i IMP a partir de IMP, AMP i GMP (productes).
Si en un tub posem IMP amb AMP i GMP tindrem una síntesi equilibrada de AMP i GMP.
SÍNTESI DE NOVO DE NUCLEÒTIDS DE PIRIMIDINA A partir de ribosa +, diòxid de carboni, amoníac i aspartat.
Primer construïm l’anell i després condensem per donar PRPP.
Inicialment generem uracils. A partir d’aquest generem CTP i això donarà lloc després a desoxiribonucleòtids.
UTP  à  CTP      ↓                      ↓   dTTP            dCTP   L’enzim que catalitza tot això és el complex carbamilfosfat sintetasa. Fa el següent: HCO3- + NH3 + ATP à Carbamil fosfat final reacció i enzims + aspartat (anell: carbamilfosfat + aspartat: urulat).
Després l’enzim aspartat transcarbamilasa catalitza la reacció de: Urutat + PPPP à Oritidilat (nucleòtid) + PPi A partir d’ell es forma UMP, UTP, CTP.
Regulació per retroinhibició de la síntesi de pirimidines - 127- Ve regulada per un dels productes finals, concretament CTP. Aquesta inhibeix carbamil fosfosintetasa i aspartat transcarbamilasa.
Aspartat transcarbamilasa s’activa per una purina (ATP).
Recordar: balanç entre purines i pirimidines per que fa a la síntesi.
Interconversió de nucleòtids mono, di i trifosfat Enzims: - Nucleòsid monofosfat quinasa: qualsevol nucleòtid monofosfat pot rebre un grup fosfat d’ATP i convertir-se en difosfat.
- Nucleòsid difosfat quinasa: qualsevol nucleòtid difosfat pot rebre un grup fosfat de qualsevol nucleòtid trifosfat i convertir-se en trifosfat.
És un procés fàcil i reversible.
Regulació de la síntesti de desoxi-ribonucleòtids Un enzim, ribonucleòtid reductasa, permet passar ADP, GDP, UDP i CDP a formes desoxi (dADP, dGDP, dUDP, dCDP) i actua de manera preferent amb ribonucleòtids difosfat.
Els nucleòtids “reals” són síntesi de dATP, dGTP, dTTP, dCTP. Aquesta reacció la fan també els enzims que participen en la interconversió de nucleòtids mono, di i tri fosfat.
• La ribonucleòtid reductasa, és un complex de regulació al·lostèrica. Manté l’equilibri entre nucleòtids. Té 4 subunitats. Regulació: - Desoxiadenina trifosfat (dATP): s’inhibeix el sistema. No es formarà cap desoxi-nucleotid.
- ATP: activa ribonucleòtid reductasa. Aquesta activació s’ha de fer en els 4 nucleotids de forma equilibrada: ATP activa la formació de dCTP i de forma paral·lela dUDP, que a la llarga donarà la forma imina que farà part del DNA.
- Gran quantitat de dTTP: no cal fer dUDP ni dCTP. à Els nucleòtids es van estimulant alhora.
Mecanisme de catàlisi de la ribonucleòtid quinasa: • Participen cisteïnes i tirosina.
• És una reacció de reducció i NADPH cedeix els electrons a unes proteïnes intermediàries que donaran a aquest mecanisme de paraules.
- 128- • L’acceptor d’electrons serà el C2 d’una ribosa.
Síntesi de timidilat • Tenim la resta de nucleòtids sintetitzats, només falta passar de uridina a timidina.
• Enzim: timidilat sintasa.
• Reacció bisubstrat – biproducte • - Bisubstrat: uridina a metilen-tetrahidofolat.
- Biproductes: timidina i dihidrofolat.
És igual de necessari qualsevol dels dos substrats. Per això és necessari canviar el cicle (de dihidrofolat i metilen-tetrahidrofolat. Enzims: 1. Dihidrofolat reductada 2. Serine hidroximetil transferasa • Les formes dihidro i tetrahidro provenen de la vitamina B9 (àcid fòlic o folat): l’aport de folat (vitamina B9), precursor del tetrahidrofolat, a dones embarassades (des de 3 mesos abans de l’embaràs fins a la setmana 12) prevé el desenvolupament congènit d’ESPINA BÍFIDA.
RECUPERACIÓ – RENOVACIÓ DE NUCLEÒTIDS Podem renovar nucleòtids que provinguin de la dieta o cèl·lules del nostre cos. Per fer-ho: 1. Separem d’un nucleòtid, la base nitrogenada i la ribosa fosfat. A partir de la ribosa fosfat es poden formar nous nucleòtids. Per fer això usem dos tipus d’enzims: - Nucleotidases - Nucleòsid fosforilases 2. Passem la ribosa-1P a ribosa-5-P per isomerasa i amb això tindrem PRPP.
Recuperació-renovació de nucleòtids Enzims de recuperació: • Adenina fosforibosiltransferasa: adenina + PRPP à adenilat + PPi • Hipoxantina-guanina fosforibosiltransferasa: à Dèficit: síndrome de Lesch-Nyha (acumulació de ribosa activada i moltes purines que dóna lloc a producció excessiva d’àcid úric).
guanina + PRPP à guanilat + PPi hipoxantina + PRPP à • inosinat + PPi Pirimidina fosforibosiltransferasa: uracil + PRPP uridilat + PPi VIES DE DEGRADACIÓ DE NUCLEÒTIDS Tenim dues vies segons purines i pirimidines, cada un amb un producte diferent.
Catabolisme de purines (formació d’àcid úric) A/G - 129- A partir de la degradació de purines es forma àcid úric à L’excretem per la orina.
Un excés d’àcid úric pot generar molts problemes com gota.
L’àcid úric tendeix a formar precipitats (càlculs renals, pedres al ronyo, etc.).
La gota pot ser produïda pel dèficit genètic d’algun enzim del metabolisme de les purines.
La gota es tracta amb inhibidors de la xantina oxidasa i dieta baixa en àcids nucleics i nucleòtids.
Catabolisme de pirimidines (formació de NH4+, que dóna lloc a urea) T/U/C El seu producte de catabolisme de les pirimidines és amoni, el qual l’excretem a partir del cicle de la urea i de la orina.
ÚS D’INHIBIDORS D’ENZIMS IMPLICATS EN EL METABOLISME DE NUCLEÒTIDS COM A TERÀPIA ANTICANCEROSA Com que les cèl·lules canceroses són immortals, no paren de créixer, l’atac que se li fa des del punt de vista de disseny de fàrmacs (quimioteràpia) és evitar que les cèl·lules puguin dividir-se, inhibint la formació de nucleòtids.
Exemples d’enzims inhibits: • Enzim: Transcarbamilasa. Droga: N-fosfoacetil-L-aspartat (PALA) • Enzim: Ribonucleòtid reductasa. Droga: Hidroxiurea • Enzim: Timidilat sintasa. Droga: Fluorouracil • Enzim: Dihidrofolat reductasa. Droga: Metotrexat Els dos últims enzims els hem vist en la formació de timidina amb la flurorodesoxiuridilat.
Els enzims d’inhibició no són específics i aturen la divisió de totes les cèl·lules.
- 130- ...



Comentario de rafiki en 2016-04-28 18:53:33
alten molts de temes: 8. 9. 10 i 11, i són importants...