Tema 1 - Introducció al metabolisme (2013)

Apunte Catalán
Universidad Universidad Pompeu Fabra (UPF)
Grado Biología Humana - 2º curso
Asignatura Bioquímica II
Año del apunte 2013
Páginas 9
Fecha de subida 10/04/2015 (Actualizado: 10/04/2015)
Descargas 4
Subido por

Vista previa del texto

BIOQUÍMICA II TEMA 1: Introducció al metabolisme Metabolisme: conjunt de reaccions enzimàtiques que es donen dins la cèl·lula per tal de: a) Obtenir energia (tant sigui a partir d’uns nutrients com de la llum solar) b) Convertir nutrients en precursors biosintètics.
c) Biosintetitzar i degradar macromolècules.
Fotoautòtrof: E solar (energia) + CO2 (font de Carboni) Heteròtrof: Oxidació de compostos orgànics + compostos orgànics De les reaccions aïllades a un metabolisme complex: 1) Coordinació de reaccions 2) Compartimentalització dins la cèl·lula - Producte enzimàtic d’una reacció és el substrat de la següent. Al cap de 10 reaccions enzimàtiques obtenim energia i un compost molt més senzill.
Imatge dreta blanc i negra - Glucosa es transforma en piruvat.
- Cada via té una funció diferent dins la cèl·lula.
- Tenim vies metabòliques que tenen una organització determinada.
Caràcter: • General: en totes les cèl·lules. Ex: glucòlisi ho poden fer totes les cèl·lules. (els llevats també, p.e.) • Específiques: per exemple ! apoptosi. No la veurem en una neurona.
Si un bacteri té un determinat nínxol ecològic vol dir que té vies metabòliques que fan falta per viure-hi.
Organització: • Lineals • Cícliques: vies que tot i que el producte final és substrat de la següent sempre regenerem dels composts inicial. Ex.: cicle de Krebs.
o Acetil-CoA (2C) ! Oxalacetat (4C) ! citrat (van traient molècules de CO2 a mesura que passa per tornar a arribar a oxalacetat). A cada volta entra un Acetil-CoA i surten 2 àtoms de C.
  1   • Espiral: síntesi àcids grassos. Agafem molècula de 2 àtoms de C i l’anem enganxant fins que tenim molècula de 16 àtoms C. El producte final de cada reacció és diferent (anem de 2 en dos però primer tenim 2, després 4...).
Imatge esquerra - Hi ha molts productes al metabolisme cel·lular.
- En blau: metabolisme carbohidrats. Té interaccions amb verd (metabolisme lipídic).
- Hi ha forta relació entre ells. Mengem molts glúcids i a la llarga acumulem lípids.
- Una cèl·lula potencialment pot fer tot això (genoma està adequat) però no vol dir que facin el mateix metabolisme durant tota la seva vida. Moltes d’aquestes reaccions el que fan és sintetitzar molècules.
Catabolisme - Podem trencar compostos i fer-los més senzills (catabolisme).
- Es poden degradar parcialment - Vies catabòliques degraden compostos complexes a més senzills.
- Degradem compostos i obtenim E i electrons, que farem servir posteriorment per sintetitzar altres compostos.
- Vies catabòliques tenen 3 fases.
2     Anabolisme Les vies catabòliques - anabòliques tenen un caràcter convergent - divergent Hi ha altres tipus de vies: amfibòliques / anapleuròtiques Catabòliques: La calor que s’allibera en les reaccions la utilitzem per fixar ATP. Obtenim é.
Anabòliques: Es sintetitzen nous compostos: a partir de compostos senzills se’n sintetitzen de complexes (més diversos). Aquests nous compostos estan més reduïts que els inicials.
Necessitem: els compostos inicials, energia i que ens donin electrons (reaccions reductores).
Les següents molècules ens possibiliten el pas de les vies catabòliques a les anabòliques (i viceversa): NAD/NADP (els transportadors d’electrons) Ens serveix per acumular electrons Dinucleòtid d’adenina i nicotinamida. El compost el podem trobar en dos estats: forma oxidada i forma reduïda. Forma oxidada NAD, reduïda NADH (l’enzim alcohol deshidrogenasa porta el NADH com a coenzim, oxida l’etanol a acetaldehid. El NAD capta els 2é del 1r compost, hi ha un intercanvi de dos é. Transportador preferit en la majoria de les reaccions. NADP, es la mateixa molècula però en el carboni de la ribosa el grup hidroxil conté un fosfat.
Hi hauran enzims que portaran un o l’altre. Els é que capta el NADP serviran per elaborar altres compostos.
L’ATP (el reservori d’energia)   Nucleòtid d’adenina + Ribosa (part glucídica) + 1-2 ó 3 fosfats (imatge de la dreta). Per enganxar (sintetitzar) un fosfat necessitem energia, perquè té moltes càrregues negatives. Quan     H 2O H 2O 3   trenquem els enllaços també obtenim energia.
En el múscul, a fosfocreatina regenera l’ADP a l’ATP, per obtenir energia.
Regulació del metabolisme Per què cal regular el metabolisme? Perquè en un moment donat puguem satisfer les necessitats inicials (obtenir energia, convertir nutrients en precursors biosintètics i biosintetitzar i degradar molècules). A més a més per: • Disposar dels components essencials • Optimitzar l’energia Vies catabòliques en verd. Anabòliques en rosa. Si dins de la cell hi ha molt poca energia, la hi hem de proporcionar mitjançant el trencament de compostos. Si hi ha molta energia li convé reservar-la per quan vinguin condicions més adverses. Molt ATP = cèl·lula molt carregada energèticament. Si això passa, per una banda, no segueix degradant compostos i per l’altra, converteix aquests compostos en d’altres que li serviran de reserva per moments més complicats. Les vies anabòliques i catabòliques no estaran funcionant al mateix temps dins de la cell.
Just en la intersecció es on es troba la carrega energètica normal.
(Primera gràfica: velocitat d’entrada de l’energia. Segona: velocitat de utilització de l’energia).
Quan mengem importem energia dins del nostre cos. És el que ens mostra la gràfica de la dreta. Però quan mirem quan gastem aquesta energia que hem obtingut a partir dels 4     aliments, veiem que no hi ha una proporció directa entre ingesta i consum. Tenim pics de consum d’energia en moments determinats. En el moment que nosaltres estem menjant, el que fem es reservar aquesta energia per fer-la servir en el moment que ens interessi.
Nivells de regulació de les vies metabòliques Podem canviar l’activitat d’una via metabòlica actuant sobre l’activitat dels enzims.
Maneres de canviar l’activitat dels enzims: a) Controlar la quantitat de determinats enzims, mitjançant la modulació de: b) Transcripció d’un gen * això ens dona més proteïna i automàticament més enzim.
Síntesi de la proteïna, afavorir la traducció d’un determinat missatger.
Degradació de la proteïna, canviar la vida mitjana d’una proteïna.
Controlar l’activitat catalítica de determinats enzims, a través de: La reducció de la seva KM o l’increment de la seva Vmàx, aquest és més ràpid que l’anterior mecanisme.
- Control al·lostèric - Modificació covalent reversible * (fosforilació / adenilació). Un aminoàcid concret pot ser fosforilat i això li canvia la seva estructura tridimencional, fent que es converteixi en un enzim més o menys actiu.
c) Disponibilitat dels substrats * Ex: Síntesis dels àcids grassos es dóna en el citosol a partir de citrat, però aquest es troba dins de la mitocòndria i nomes viatjarà al citosol quan hi hagi un excés dins de la mitocòndria. Per tant, metres no es donin aquestes condicions no es podrà realitzar la síntesi, perquè no hi haurà citrat en el citosol.
(la majoria d’aquests passos * poden venir regulats sota el control hormonal o neuronal) Flux d’una via metabòlica i la seva regulació   5   Les reaccions químiques que es dónen dins d’una via metabòlica, venen definides pel canvi d’entalpia i entropia i es donen a una temperatura concreta. Aquests factors, el que ens venen a representar és l’increment d’energia lliure, que és el que ens interessa. Mirant si l’increment es positiu o negatiu, sabrem si la reacció es donarà o no.
Opció 1: ΔG similar a 0 = situació en equilibri.
Opció 2: Si ΔG positiu, químicament no es pot donar, a no ser que associem una RQ al seu costat que li doni la energia que necessita.
Opció 3: Si ΔG es negatiu, la reacció es donarà sense cap mena de dubte.
Per regular una via metabòlica no actuem sobre tots els ezims de la via.
Exemple: Reacció de la glucólisi: Pi + Glucosa ! GlucosaGP (increment de G positiu) això no es donarà químicament. Però veiem que a la realitat si que es dóna. Com s’ho fa? Agafa ATP, li treu el fosfat, i així allibera energia al trencar l’enllaç: ATP + Glucosa ! GlucosaGP + ADP Ara si que es pot donar la reacció, perquè ΔG es negatiu. (Dibuix de la dreta) ΔG = ΔGº + RT ln[B]/[A] Tota reacció química té un increment de G estàndard (ΔGº) però dins d’una cèl·lula aquest increment estàndard canviarà en funció de la concentració dels productes finals i inicials.
També té en compte la temperatura.
6     Punts de control de les vies metabòliques En la glucòlisi tenim: A- Reaccions properes a l’equilibri Enzims ! vel. Altes / reaccions reversibles (aniran cap a un o altre sentit, depenent de la quantitat que tinguem de cada un dels compostos) / canvis en les concentracions alteraran el flux ; ΔG proper a 0.
BReaccions allunyades de l’equilibri (activitats baixes / irreversibles / punt de control + [S]>>Km (no depèn de fluctuacions substrat) Hi han tres passos especials: ΔG molt negatiu. Els enzims tenen activitats baixes, però són fàcilment regulables i activables. (Gràfica) Si representem substrat respecte a la [S], sent la Km es ½ de la velocitat màxima, veiem que a més substrat més activitat de l’enzim hi ha. Tenim 2 gràfiques: Enzim 1 ! Petites variacions sobre els substrat canvien molt l’activitat de l’enzim, l’activitat de l’enzim passa del 40% al 80%.
(gràfica 1).
Enzim 2 ! La gràfica es satura: No tenim canvis en l’activitat de l’enzim, l’activitat de l’enzim passa del 90% al 100%.
Gràfica 1 (gràfica 2).
Gràfica 2 És el metabolisme tan complex com pot semblar? a) Organització subcel·lular. Hi ha compartiments cel·lulars, on hi han molts enzims.
Es poden formar complexes multiproteics. Quan es dóna en compartiments aconseguim tenir els productes molt més concentrats. Major eficiència. Ex: Cadena de transport d’é, tenim molts enzims que nomes es poden moure dins de la   7   membrana, no fora i dins, només es podran moure en un pla i per tant els tindrem molt més concentrats.
Hi ha una gran organització, especificitat: Si volem sintetitzar àc. grassos ho farem en el citosol i els degradarem dins de la mitocòndria. Benefici: els enzims que degraden i sintetitzen no estan al mateix lloc i no es molesten. Restringim la localització dels enzims, fent que no estiguin al mateix lloc.
Regulació addicional: Només puc sintetitzar si el substrat està en el citosol. Per exemple: El citosol només acumularà citrat quan la mitocòndria acumula molta energia, ja que és l’única manera de que el substrat surti de la mitocòndria i vagi al citosol on es podrà dur a terme la síntesi.
b) Metabolisme específic per cada tipus cel·lular. Unicel·lulars-Pluricel·lulars Ex: Una neurona: necessita glucosa. Tot el nostre cos es dedicarà metabòlicament a produir glucosa perquè la cèl·lula obtingui energia.
Exemple especialització: en el múscul tenim diferents tipus de cèl·lules. Fibres de contracció ràpida i lenta. Tot i estar en el mateix múscul són diferents. Fibres de contracció lenta: estan molt irrigades, tenen moltes mitocòndries, poden degradar compostos (sobretot àcids grassos) i obtenir molta energia. Fibres de contracció ràpida: estan poc irrigades, acumulen molt de glicogen, utilitzen glúcids per funcionar (no lípids), tenen l’energia a disposar, és a dir, en poden disposar ràpidament, perquè l’energia no està en l’organisme, sinó en les mateixes cèl·lules.
Si mirem cells dintre del nostre fetge (rodona de dalt), veiem que són cèl·lules que poden fer de tot. Però si les comparem amb les cèl·lules d’adipòcits veiem que aquestes, poden fer molt poc (rodona de baix).
Les dues cèl·lules tenen metabolismes molt diferents, i això es el que ens defineix que cada òrgan dintre del nostre organisme tingui funcions tant diferents: els nostres òrgans tenen papers metabòlics diferents 8     c) Metabolisme específic per cada òrgan.
El metabolisme de cada òrgan és molt diferent, ja que les cèl·lules que formen cada òrgan són molt diferents metabòlicament.
Interès de l’estudi del metabolisme i de la seva regulació a) Estudiar el metabolisme cel·lular ens ha de permetre conèixer les condicions tant normals com anormals de les reaccions enzimàtiques que el possibiliten i permetre identificar alteracions degudes a mutacions, malalties o alteracions degudes a condicions extremes.
Conèixer l’acció de les diferents hormones, drogues o altres agents químics. (diabetisinsulina) b) Identificar noves drogues-medicaments (industria farmacològica) que afectin determinats aspectes (dianes) importants a ser alterades (ex. colesterol) c) Biotecnologia. Si es vol l’increment en la producció d’un metabòlit concret, minimitzant els metabòlits secundaris, hem de poder modificar les característiques metabòliques de l’organisme productor.
  9   ...