Les reaccions químiques a la matèria viva. Estadis principals del metabolisme (2008)

Apunte Catalán
Universidad Universidad Autónoma de Barcelona (UAB)
Grado Ciencias Ambientales - 1º curso
Asignatura Biologia
Año del apunte 2008
Páginas 9
Fecha de subida 25/05/2014
Descargas 0

Vista previa del texto

COM ES CLASSIFIQUEN ELS ORGANISMES Tipus d’organismes segons el seu metabolisme Origen del C Origen de l’energia Exemples Fotoautòtrofs CO2 Llum Plantes superiors, algues, cianobacteris.
..
Quimiautòtrofs CO2 Reaccions químiques Bacteris nitrificats i bacteris incolors del Fotoheteròtrofs ORGÀNIC Llum .
sofre Bacteris porprats no sulfuris Quimioheteròtrofs ORGÀNIC Reaccions químiques .
Animals, fongs, protozous i molts bacteris .
1 CICLE DEL CARBONI RESPIRACIÓ COMBUSTIÓ ATMOSFERA HIDROSFERA (CO2) FOTOSÍNTESI QUIMIOSÍNTESI DESCOMPOSICIÓ RESPIRACIÓ COMBUSTIÓ DESCOMPONEDORS RESTES ORGÀNIQUES PRODUCTORS RESTES ORGÀNIQUES ALIMENTS CONSUMIDORS COMBINACIÓ QUÍMICA COMBUSTIÓ ACTIVITAT VOLCÀNICA CARBÓ, PETROLI, ROQUES CARBONATADES Dif. Entre les reaccions químiques a la matèria viva i altres tipus de reaccions.
R. BIOQUÍMIQUES R. QUÍMIQUES Regulació de Reaccions • Mitjançant biocatalitzadors.
Control bioquímic de les reaccions.
• • Principi d’espontaneitat.
ΔGº= ΔHº-TΔS Estan lluny de l’equilibri.
– Equilibri dinàmic 2 METABOLISME Metabolisme cel·lular • • • Conjunt de reaccions químiques que es donen a la cèl·lula.
Activitat cel·lular molt coordinada i dirigida.
No tots els organismes obtenen l’energia de la mateixa manera.
3 Catabolisme Anabolísme • Anabolisme autòtrof: s’obtè mitjançant energia lluminosa o energia alliberada en processos d’oxidació.
Fotosíntesi: mitjançant energia lluminosa.
Quimiosíntesi: mitjançant l’aprofitament de l’energia despresa en reaccions d’oxidació.
• Anabolisme Heteròtrof: – Formació de molècules orgàniques complexes a partir de molècules orgàniques senzilles.
4 Relació Catabolisme-Anabolisme El catabolisme i l’anabolisme són processos acoblats L’energia que s’obté del catabolisme és necessària per a l’anabolisme Dif. Catabolisme-Anabolisme 5 Tema 5 Grup 1A Les reaccions químiques a la matèria viva.
Estadis principals del metabolisme Per créixer i desenvolupar-se, tots els éssers vius necessiten incorporar matèria, i per això requereixen tota mena d’àtoms. D’aquests, els més importants són els àtoms de carboni, que, gràcies als enllaços covalents, formen l’esquelet de totes les biomolècules orgàniques. Si la font de carboni és el CO2 atmosfèric, es parla de metabolisme autòtrof, i si la font és la mateixa matèria orgànica, es parla de metabolisme heteròtrof.
No obstant això, ja que parlem de metabolisme estaria bé fer una segona classificació pel que fa a les fonts d’energia per a les reaccions metabòliques, si la font d’energia és la llum, es parla de fotosíntesi, mentre que si es tracta d’energia despresa en reaccions químiques, es parla de quimiosíntesi. Així doncs, dins dels autòtrofs trobaríem els fotoautòtrofs i els quimioautòtrofs, I dins del grup del heteròtrofs, els fotoheteròtrofs i els quimioheteròtrofs.
La matèria descriu un cicle, ja que passa d’un nivell tròfic al següent i concretament el cicle del carboni és essencial pels organisme vius.
El cicle del carboni és un cicle biogeoquímic pel qual el carboni s’intercanvia entre la biosfera, la litosfera, la hidrosfera i l’atmosfera de la Terra. Aquest cicle pot dividir-se, a la vegada, en dos: cicle ràpid o biològic i cicle lent o geològic.
El carboni, que pot procedir del anhídrid carbònic de l’aire o de l’aigua, es captat pels éssers autòtrofs gràcies a les reaccions de síntesi, com la fotosíntesi o la quimiosíntesi. Tard o d’hora, una part és alliberada al medi i una altra passarà a formar part dels organismes heteròtrofs al alimentar-se dels autòtrofs. Al final, tota la matèria serà oxidada, ja sigui en vida dels organismes que l’han absorbit o per l’activitat de bacteris, fongs... que descomponen els cadàvers. El carboni tornarà a l’aire o a l’aigua, de manera que es tanca el cicle bastant ràpid.
També podem trobar una altra part del carboni que ha sedimentat, ja sigui formant sediments, ja sigui en compostos orgànics, o en forma de carbonats (closques, ossos...). També s’arribarà a tancar el cicle, però de manera molt més lenta com ara per metamorfosi, vulcanisme, combustió del carbó...
Com podem veure, la biosfera intervé activament en el cicle del carboni fent que esdevingui un cicle complex.
A les cèl·lules constantment tenen lloc nombrosos tipus de reaccions químiques. Unes estan encaminades a sintetitzar noves molècules, i d’altres, a degradar les existents. El conjunt de totes aquestes reaccions bioquímiques s’anomena metabolisme cel·lular. Com que les substàncies que hi intervenen són estables a temperatura ambient, si no fos perquè se les ajuda a interactuar, o no reaccionarien o bé ho farien tan lentament que la vida no seria possible.
Aquesta dependència d’ajuda representa, paradoxalment, un gran avantatge, ja que permet a l’organisme regular quines reaccions s’han de donar i en quin moment.
Moltes substàncies químiques, quan reaccionen, desprenen energia calorífica; són les anomenades reaccions exergòniques. Això es pot comprovar experimentalment observant com augmenta la temperatura del medi en el qual 1 Tema 5 Grup 1A es produeix la reacció. Aquest despreniment es dóna perquè l’energia interna total dels reactius és superior a l’energia interna dels productes. Malgrat això a la matèria viva aquestes reaccions no es donen espontàniament, ja que per iniciar una reacció, primer cal subministrar prou energia per debilitar els enllaços dels reactius i així possibilitar-ne la ruptura. Aquestes reaccions químiques estan controlades pels enzims.
Aquesta és la principal diferència entre les reaccions químiques de la matèria viva i les demés que es regeixen per la regla de l’espontaneïtat, és a dir quan la ∆G és negativa.
El metabolisme cel·lular es dóna pel conjunt de reaccions químiques encadenades, catalitzades per enzims, en les que el producte d’una és el substrat de la següent. Aquestes es produeixen a l’interior de les cèl·lules i condueixen a obtenir matèria per créixer i energia per dur a terme les tres funcions vitals. Les diferents reaccions químiques del metabolisme s’anomenen vies metabòliques i les molècules que hi intervenen s’anomenen metabòlits.
El metabolisme també se’l pot definir com a la utilització d’energia per a realitzar treball cel·lular: • Treball mecànic: moviment cel·lular.
• Transport de biomolècules: transport actiu.
• Treball químic: síntesi de polímers.
Totes les reaccions del metabolisme estan regulades per enzims, que són específics, per a cada metabòlit inicial o substrat i per a cada tipus de transformació. Les substàncies finals d’una via metabòlica s’anomenen productes. Les connexions que hi ha entre diferents vies metabòliques reben el nom de metabolisme intermediari.
Es poden considerar dues fases en el metabolisme, de degradació de matèria orgànica o catabolisme i una altra de construcció de matèria orgànica o anabolisme.
El catabolisme és un tipus de via metabòlica en la què hi ha una degradació o oxidació de biomolècules complexes a biomolècules més senzilles. En aquest procés s’allibera energia que s’emmagatzema als enllaços fosfats de l’ATP “moneda energètica” (procés exergònic), poder reductor i components utilitzats en processos anabòlics. Atès que la matèria que experimenta el catabolisme és matèria orgànica, constituïda bàsicament per carboni i hidrogen, la manera d’oxidar-se és per mitjà de la pèrdua d’àtoms d’hidrogen que es troben units al carboni (deshidrogenació) o per guany d’àtoms d’oxigen (oxigenació). En la matèria orgànica, per que una molècula es pugui deshidrogenar, n’hi ha d’haver una altre que accepti aquests hidrògens (molècula acceptora d’hidrogen).
Els àtoms d’hidrogen despresos en les reaccions d’oxidació són captats per unes molècules anomenades transportadors d’hidrogen, com són el NAD⁺, el NADP⁺ i el FAD, fins que finalment són traspassats a la molècula acceptora final d’hidrogen, que es redueix.
També es pot considerar catabolisme la conversió de nutrients en precursors monomèrics.
2 Tema 5 Grup 1A TIPUS DE CATABOLISME Conceptes considerats Necessiten oxigen Substrat que poden oxidar Primer acceptor dels H⁺ i dels electrons Acceptor final dels hidrògens Productes en els quals es transformen els acceptors finals H⁺ i e⁻ Productes en els quals es transforma el carboni del substrat Són capaços d’obtenir ATP en oxidar el NADH + H⁺ Energia que s’obté d’una glucosa Respiració Aeròbica Anaeròbica Fermentació Sí No No Qualsevol Qualsevol Preferentment, glúcids i pròtids NAD⁺ NAD⁺ NAD⁺ Molècula orgànica que generalment procedeix del mateix substrat.
Aquesta es redueix i s’oxida O2 Molècules inorgàniques H2O Principalment CH4 i N2 Lactat, etanol, etc.
CO2 CO2 Lactat, etanol, etc. i pot aparèixer CO2 Sí Sí No Fins a 38 ATP Fins a 38 ATP Normalment 2 ATP L’anabolisme és la via constructiva del metabolisme, és a dir, la síntesi de molècules orgàniques complexes a partir d’altres biomolècules més senzilles.
Si les molècules inicials són inorgàniques, s’anomena anabolisme autòtrof, mentre que si són orgàniques, s’anomena anabolisme heteròtrof. Per la qual cosa es necessita subministrar energia proporcionada pels enllaços fosfat de l’ATP. Les molècules de l’ATP poden procedir de les reaccions catabòliques de la fotosíntesi (en les algues, plantes, algues i bacteris fotosintètics) o de la quimiosíntesi (en altres tipus de bacteris). També es pot considerar l’anabolisme com l’acció de polimeritzar precursors monomèrics a les molècules característiques de la pròpia cèl·lula.
3 Tema 5 Grup 1A Hi ha dos tipus d’anabolisme: L’autòtrof: es pot dur a terme per mitjà de la fotosíntesi, es produeix gràcies a l’energia lluminosa, o per mitjà de la quimiosíntesi, que és l’anabolisme autòtrof que es produeix gràcies a l’aprofitament de l’energia despresa en reaccions d’oxidació.
L’anabolisme heteròtrof és el procés metabòlic de formació de molècules orgàniques complexes a partir de molècules orgàniques senzilles. Aquestes s’anomenen molècules precursores. Es duu a terme tant en les cèl·lules autòtrofes com en les cèl·lules heteròtrofes.
Depenent de les condicions energètiques de la cèl·lula, algunes vies poden ser fonts anabòliques com catabòliques, les quals es denominen com: vies amfibòliques.
Per tant la principal diferència és que el catabolisme és la via degradativa del metabolisme on s’allibera energia, i l’anabolisme la fase constructiva on es subministra energia la qual, en gran mesura, prové de les reaccions catabòliques.
REACCIONS CATABÒLIQUES • Són reaccions de degradació.
• Són reaccions d’oxidació.
• Desprenen energia.
• Malgrat que es parteix de substrats diferents gairebé sempre donen els mateixos productes (à. pirúvic, CO2, H2O, etanol i pocs més). Hi ha convergència en els productes.
REACCIONS ANABÒLIQUES • Són reaccions de síntesi.
• Són reaccions de reducció.
• Necessiten energia.
• Malgrat que es parteix dels mateixos substrats, com que hi ha molts processos diferents, apareixen molts tipus de productes. Hi ha divergència en els productes.
Per acabar, s’ha de remarcar que aquestes dues fases del metabolisme tenen una relació coexistent entre elles; és que una no pot succeir sense l’altra, és a dir, que si no hi haguessin rutes catabòliques que alliberessin energia, no podria haver rutes anabòliques que la utilitzessin per formar molècules orgàniques. Per tant, es pot dir que són processos contraris, però a la vegada són complementaris.
El catabolisme i l’anabolisme són processos acoblats que constitueixen el metabolisme en conjunt.
4 ...