BIOLOGIA II

EL CATABOLISME

EL CATABOLISME

•Esquema de les principals vies de degradació de les biomolèculesorgàniques.

•Diferenciació de les fases de la respiració cel·lular i relació amb del mitocondri.

•Anàlisi de les fermentacions com a degradacions parcials de les biomolècules i la seva aplicació en l’obtenció d’aliments.

•Localització a la cèl·lula dels processos catabòlics •Relació entre el metabolisme dels eucariotes i el dels procariotes.

ENERGIA. Per a què?

• Moviment• Reaccions químiques de síntesi• Temperatura• Reproducció • Manteniment de les constants (homeostàsia)

Fonts d’energia

PROTEÏNES : Aporten 4,2KCal/g tenen funcions molt diverses, només s’utilitzen en cas d’emergència.

Àcids Nuclèics: Aporten 4,2KCal/g tenen funció d’emmagatzematge d’informació, només s’utilitzen en cas d’emergència.

Glúcids: Excepte els que tenen funció estructural són la font d’energia immediata o quasi immediata. No generen residusAporten 4,2KCal/mol aproximadament

Lípids : funcions hormonals i estructural i de reserva energètica. Són poc densos, fàcils d’acumular i aporten 9,5KCal/g

CONCEPTE DE CATABOLISME

REACCIONS DE DEGRADACIÓ RUTES CONVERGETSOBTENCIÓ D’ENERGIA

Perquè s’obté energia?

Substància complexa

Substància simple

ENERGIA

G< 0

La G augmenta quan augmenta l’ordre o quan hi ha més enllaços que guarden més energia.

Quan un electró s’apropa al nucli perd energia

Producció d’energia en el catabolisme

REACCIONS CATABÒLIQUES

Són reaccions RED-OX

Agent oxidant

Agent reductor

C6H12O6 + 6O2 6CO2 + 6H2O

REACCIONS CATABÒLIQUES

L’energia es redueix en passos successius

COMBUSTIÓ de la cel·lulosaMidó

ENERGIA CALORÍFICA

ENERGIA QUÍMICA

L’energia s’allibera a poc a poc i pot emmagatzemar-se en enllaços d’ATP

Els electrons i els H passen de la glucosa a uns coenzims que els transporten a una cadena de molècules fins al O2.

Fan perdre energia als electrons i aprofitant aquestes pèrdues per generar ATP

TIPUS DE CATABOLISME

Respiració

Intervé una cadena de transport d’electrons.

L’acceptor final dels electrons és un compost inorgànic.

½ O2 + 2H H2O

NO3- NO2

SO42- SO3

2-

e-

e-

e-

FERMENTACIÓ

No hi ha cadena de transport els e- passen d’un compost orgànic a un altre més senzill

Catabolisme per respiració

GLUCOSAFRUCTOSA

GALACTOSA….

DIGESTIÓ

Catabolisme per respiració dels glúcidsLa Glicòlisi

Fases de la respiració de la glucosa

GLUCOLISI

CICLE DE KREBS

CADENA RESPIRATÒRIA

GLUCOLISI

Es produeix al citoplasma de la cèl·lula Eucariota

Fase prèvia de la respiració, també compartida amb la fermentació

Fase de producció d’energia

FASE DE CONSUM D’ENERGIA

BALANÇ ENERGÈTIC

BALANÇ FINAL DE LA GLUCOLISI

PRIMERA ETAPA DE LA RESPIRACIÓ DE LA GLUCOSA

CICLE DE CREBS

El cicle de krebs es produeix a la matriu mitocondrial.

El PIRUVAT no pot entrar, s’ha de descarboxilar primer

1. Descarboxilació2. Deshidrogenació amb la formació d’un ió acetat CH3-COO-’i d’un

NADH+H+

3. Unió de l’ió acetat CH3-COO- al Coenzim A per formar AcatilcoenzimA

CICLE DE KREBS (Cicle de l’àcid cítric,o dels àcids tricarboxílics)

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/1/13/Citric_acid_cycle_with_aconitate_2-es.svg

BALANÇ DEL CICLE DE KREBS d’una glucosa

x2

Segona etapa de la respiració : Transport d’electrons o cadena

respiratòria

Objectius:

1. Oxidació dels coenzims reduïts produïts en les etapes anteriors i utilitzar l’energia per formar ATP (fosforilació oxidativa)

El transport d’electrons

Situada a la membrana interna del mitocondri o a la membrana interna de la c. procariota.

Cada molècula accepta els e- de l’anterior ( es redueix) i els dóna a la posterior (s’oxida)

Energia

en vots

El e- passa a estar cada cop més a prop del nucli, per tant va perdent energia.

Procedència dels e-

model

Hi ha 4 grans complexos proteics ancorats a la M.I.M. i dos proteïnes mòbils que traslladen els e- entre esls complexos.

Ubiquinona o Coenzim Q Citocrom c

Coenzim Q utilitzat en cosmètica com antioxidant antiaging

QUIMIOSMOSI, Fosforilació oxidativa

Espai intramembranòs

Matriu Mitocondrial

Desequilibri electrosmòtic

Bombeig de protons

ATP Sintetasa

1NADH+H+ 3ATP

1FADH2 2ATP

3 bombejos de 2H+

2 bombejos de 2H+

Fosforilació oxidativa

Fosforilació a nivell de Substrat

CitoplasmaGlicòlisi..................................................................................2 ATP

Mitocondri

NADH+ + H+ procedent de la glicòlisi.........2 NADH+ + H+ ..........6 ATP

Àcid pirúvic Acetil CoA........2NADH+ + H+ ..........6 ATP

Cicle de Krebs..............................................6 NADH+ + H+ ........18 ATP...............................................2FADH2..................4 ATP...............................................2 GTP.....................2ATP

Total...........................................................................................38 ATP

BALANS GLOBAL DE LA RESPIRACIÓ DE LA GLUCOSA

EFICIÈNCIA DE LA RESPIRACIÓ

Reaccions Exotèrmiques o productores d’energia G<0

1 mol d’ATP allibera -7,3 Kcal

Les reaccions exotèrmiques augmenten el desordre de l’Univers ( augmenten l’entropia)

La producció energètica de la respiració de la glucosa és de 38 ATP o sigui de 277,4 Kcal/Mol. Una eficiència del 100% donaria 686KCal/Mol.

EFICIÈNCIA 40,38%

L’eficiència dels motors de gasolina és del 10 al 20%

CATABOLISME DELS LÍPIDS LA β OXIDACIÓ

Els lípids, sobre tot els TAG són una important font de reserva energètica.

Generen 9,5 KCal/Mol

En dejú, les reserves de glucògen duren 1 dia, les de greix gairebé un mes

L’Hidròlisi dels TAG dóna lloc a GLICEROL i a ÀCIDS GRASSOS

La Glicerina o glicerol es combina amb un P i perd dos H+ per formar DHA 3P

Gluconeogènesi

Glucòlisi

β OXIDACIÓ

β OXID

ACIÓ

A les cèl·lules Eucariotes, els àcids grassos entren a la matriu mitocondrial per seguir l’hèlix de lynen

Activació de l’àcid gras

Balanç de la respiració d’un greix

Depèn del tipus d’àcids grassos que tingui el TAG.

1. CALCULA : els ATP que s'obtindran a partir d’una tripalmitina

CATABOLISME DE LES PROTEÏNES

Les proteïnes no tenen funció energètica.

Els aa , en excés, o que ja no serveixen per sintetitzar proteïnes o en cas de dèficit energètic s’utilitzen per obtenir energia.

Es distingeixen 3 processos:

1. TRANSAMINACIÓ2. DESAMINACIÓ OXIDATIVA3. Transformació en una molècula

que entra al C.de Krebs

TRANSAMINACIÓ

Les Transaminases estan al citoplasma cel·lular, sobre tot a les cèl·lules hepàtiques

DESAMINACIÓ

Són inhibidors d’aquesta reacció, l’ATP i el GTP, per tant està inhibida quan la cèl·lula té suficient energia.

Eliminació del NH3

Animals amoniotèlics : eliminen NH4+ directament a l’aigua per òsmosi.

Animals Ureotèlics: Transformen l’amoniac en UREA que és menys tòxic.

Animals Uricotèlics: El nitrògen s’escreta en forma d’àcid úric que necessita menys aigua per eliminar-se

CATABOLISME DELS ÀCIDS NUCLEICS

La degradació intestinal dels àcids nucleiccs ingerits es fa amb nucleases del suc intestinal.

Cada producte anirà a parar a algun esglaó de les rutes metabòliques degradatives fins aconseguir P, NH3 i compostos orgànics que entraran a algun punt del C.de Krebs

LES RUTES CATABÒLIQUES SÓN RUTES CONVERGENTS

TIPUS DE CATABOLISME

LA FERMENTACIÓ

En la fermentació:

1. No intervé la cadena respiratòria

2. Els productes finals no són innorgànics. És una oxidació parcial de les

biomolècules.

3. És molt menys eficient

4. No necessita O2

5. La formació d’ATP és una fosforilació a nivell de substrat

6. Són reaccions típiques de llevats i bacteris, però la fermentació làctica

pot fer-se en les cèl·lules musculars.

Tipus de fermentació

Segons el producte final que es produeixi:

FERMENTACIÓ ALCOHÒLICA

FERMENTACIÓ LÀCTICA

FERMENTACIÓ BUTÍRICA

FERMENTACIÓ PÚTRIDA

FERMENTACIÓ ALCOHÒLICA

La glucosa es transforma en PIRIVAT per la glucòlisi al citoplasma cel·lular. El procés no necessita oxigen

Típic de llevats Saccharomyces anaerobis facultatius, qua----n hi ha O2 respiren i quan no fermenten.

S. allypsoideus-----------SidraS. Apiculatus ------------- Cervesa, whisky, romS. Cerevisiae -------------Vi i pa.

FERMENTACIÓ LÀCTICA

glucòlisi

La produeixen bacteris que metabolitzen la lactosa de la llet. L’àcid lactic baixa el pH de la llet i precipita la caseïna (proteïna de la llet).També poden fer-la les cèl·lules muscular en absència o baixa concentració d’O2, sobretot en exercicis intensos.

Lactobacillus casei, Lactobacilus bulgaris, Steptococcus lactis, Leuconostoc citrovorum amb ells s’obtenen productes com el iogurt, el formatge i el quefir.

2x3 ATP

2x3 ATP

2x3 ATP

BALANÇ DE LA FERMENTACIÓ

LÀCTICA I ALCOHÒLICA

Catbolisme i esport

FERMENTACIÓ BUTÍRICA

Es degraden glúcids d’origen vegetal, midó o cel.lulosa, per part de bacteris com Bacillus , Clostridium, que fan possible el cicle de la matèria.

FERMENTACIÓ PÚTRIDAEs fa a partir de pròtids i aminoàcids de restes d’organismes. Fa possible la descomposició, dels cadàvers i restes vegetals.

Aquestes fermentacions produeixen substàncies volàtils d’olors desagradables com la putresceïna, la cadaverina i l’escatol, però algunes d’aquestes substàncies s’utilitzen per donar aromes a formatges i vins

Esquema general del Catabolisme

Catabolisme energètic

Donador d’electrons

Cadena transportadora d’electrons

Acceptor final d’electrons Eficiència energètica

RESPIRACIÓ AERÒBICA.

Procariotes i eucariotes.

Monosacàrids.Àcid gras.Aminoàcids.

Si.Procariotes: en la membrana plasmàtica.Eucariota: en la membrana interna del mitocondri.

Oxigen.

La matèria orgànica s’oxida totalment a CO2 i H2O.

Molta

RESPIRACIÓ ANAERÒBICA

Procariotes.Monosacàrids.Àcid gras.Aminoàcids.

Si.Procariotes: membrana plasmàtica.

Compostos inorgànics: NO3-,

SO4-2, CO3

-2.La matèria orgànica s’oxida totalment a CO2 i un altre compost segons l’acceptor.

Molta

FERMENTACIO

Procariotes i eucariotes.

Monosacàrids.Àcid gras.Aminoàcids.

No, al citosol fosforilació a nivell de substrat.

Compost orgànic poc oxidat i CO2.Oxidació parcial de la matèria orgànica.

Poca

EVOLUCIÓ DEL CATABLISME

4600 3800 2600 2000 1600

Formació del planeta. Atmòsfera reductora.

Primers bacteris.

Organismes fermentado

rs. No existeix la

cadena respiratòria

Aparició dels primers bacteris fotosintetitzadors.

Evolucionen a partir de l’escasetat de MO

Aparició dels Cianobacteris : fotosíntesi

oxigènica

Contaminació per O2

Primers bacteris

respiratoris

Primers organismes unicel·lulars eucariotes.

ENDOSIMBIÒSI

Milions d’anys

CANAL DE VIDEO CIENCIAS (castellà)Glicòlisis 1: http://www.youtube.com/watch?v=xQccszInm6U Glucòlisis 2: http://www.youtube.com/watch?v=OVP54YmShzE&feature=relatedCicle de krebs:http://www.youtube.com/watch?v=KTUkaNnotao&feature=relatedFosforilació oxidativahttp://www.youtube.com/watch?v=3NINSWAAs_0&feature=endscreen&NR=1Metabolisme i nutricióhttp://www.youtube.com/watch?v=dRjDazrWXMg&feature=related

Vídeos en anglesGlucòlisi: http://www.youtube.com/watch?v=Gb0XnJEj2lo http://www.youtube.com/watch?v=gYJBvvd1zWI

Animacions Mc Grawhttp://highered.mcgraw-hill.com/sites/0072507470/student_view0/chapter25/animation__how_glycolysis_works.htmlhttp://highered.mcgraw-hill.com/sites/0072507470/student_view0/chapter25/animation__how_the_krebs_cycle_works__quiz_1_.htmlhttp://highered.mcgraw-hill.com/sites/0072507470/student_view0/chapter25/animation__electron_transport_system_and_atp_synthesis__quiz_1_.htmlhttp://highered.mcgraw-hill.com/sites/0072507470/student_view0/chapter25/animation__electron_transport_system_and_formation_of_atp__quiz_1_.html

Adreces interessants:http://recursos.cnice.mec.es/biosfera/alumno/2bachillerato/Fisiologia_celular/contenidos5.htmhttp://berosus.org/naturals/Activitats/metabolisme/metabolisme2.html

http://www.ugr.es/~eianez/Microbiologia/10energia.htm

http://www.genomasur.com/lecturas/Guia09.htm

http://www.fisicanet.com.ar/biologia/metabolismo/ap09_fermentacion.php

http://recursostic.educacion.es/ciencias/biosfera/web/profesor/2bachillerato/1.htm