Metabolisme: Rutes Catabòliques i Anabòliques Explicades

Catabolisme dels lípids

Els lípids, especialment els triacilglicèrids, són la principal reserva energètica dels animals.

Oxidació dels àcids grassos

Aquest procés es produeix a la matriu mitocondrial. En primer lloc, l'àcid gras s'uneix a una molècula de coenzim A (CoA). Amb l'ajuda d'un transportador anomenat carnitina, el complex àcid gras-CoA entra a la matriu. L'oxidació consta de dues etapes principals:

• Beta-oxidació (β-oxidació): És un procés cíclic on es van separant fragments de dos carbonis en forma d'acetil-CoA, generant un acil-CoA amb dos carbonis menys que l'àcid gras inicial.
• Respiració cel·lular: L'acetil-CoA produït entra al cicle de Krebs i posteriorment a la cadena respiratòria. El balanç energètic total pot arribar a uns 138 ATP per molècula d'àcid gras.

Catabolisme de les proteïnes

Comença amb la seva descomposició en oligopèptids o aminoàcids lliures a l'exterior de la cèl·lula, en un procés anomenat digestió extracel·lular. Aquests són absorbits per les cèl·lules de l'intestí prim, passen a la sang i es reparteixen per tot el cos.

Existeixen vint aminoàcids diferents, i cadascun té una ruta catabòlica específica. La major part acaben formant acetil-CoA, mentre que la resta donen lloc a compostos intermedis del cicle de Krebs.

Fermentacions

Són processos catabòlics anaeròbics on no intervé la cadena respiratòria. L'acceptor final d'electrons és una substància orgànica. La síntesi d'ATP es produeix exclusivament per fosforilació a nivell de substrat.

Fermentació alcohòlica

En aquest tipus de fermentació, el piruvat es transforma en etanol i es desprèn diòxid de carboni (CO₂).

Fermentació làctica

En aquesta, el piruvat es transforma en lactat. La realitzen alguns bacteris que fermenten la llet, i també les cèl·lules musculars quan no reben prou oxigen (per exemple, durant un exercici intens i perllongat).

Anabolisme

L'anabolisme és el conjunt de processos per obtenir molècules complexes i reduïdes (lípids, proteïnes, polisacàrids, àcids nucleics) a partir de components més senzills i oxidats. Aquest procés requereix energia, que és aportada pel catabolisme o per la fase lluminosa de la fotosíntesi.

Anabolisme autòtrof

• Fotosíntesi: L’energia que s’utilitza és la lluminosa.
• Quimiosíntesi: L’energia que s’utilitza procedeix de reaccions químiques.

Fotosíntesi

La fotosíntesi és la conversió d’energia lluminosa en energia química estable, és a dir, la síntesi de matèria orgànica a partir de matèria inorgànica utilitzant l'energia de la llum.

Aquest procés és possible gràcies a l'existència de pigments fotosintètics capaços de captar l'energia lluminosa. Aquests pigments es troben englobats en proteïnes transmembranoses anomenades fotosistemes, localitzats a les membranes dels tilacoides dels cloroplasts.

Distingim dos tipus de pigments:

• Pigments antena: Capten l'energia lluminosa i la transmeten a altres pigments.
• Pigments diana: Reben l'energia captada pels pigments antena i poden transferir electrons excitats per iniciar la reacció química.

Tipus de fotosíntesi

• Fotosíntesi oxigènica: El donador d'electrons és l'aigua (H₂O), per la qual cosa s'allibera oxigen (O₂).
• Fotosíntesi anoxigènica: El donador d'electrons no és l'aigua, sinó altres substàncies com el sulfur d'hidrogen (H₂S). En conseqüència, no es produeix oxigen.

Fases de la fotosíntesi

Fase lluminosa (o fase fotoquímica)

• Depèn directament de la llum.
• Es duu a terme a la membrana dels tilacoides.
• Hi participen els fotosistemes I i II, la cadena transportadora d'electrons i els enzims ATP-sintetases.
• Es produeix la fotòlisi de l'aigua, on una molècula d'aigua es descompon en 2e⁻, 2H⁺ i ½ O₂.
• Es genera poder reductor (NADPH) i energia (ATP). Per sintetitzar una molècula de glucosa, es necessitaran 18 ATP i 12 NADPH que s'utilitzaran en la fase fosca.

Fase fosca (o cicle de Calvin)

• No depèn directament de la llum i té lloc a l'estroma dels cloroplasts.
• S'utilitzen l'ATP i el NADPH obtinguts en la fase lluminosa per sintetitzar matèria orgànica a partir de CO₂.
• La síntesi de compostos de carboni es realitza mitjançant un procés cíclic descobert per Melvin Calvin, anomenat cicle de Calvin.
• Les etapes principals del cicle de Calvin són:
  • Fixació del CO₂: El diòxid de carboni s'uneix a la ribulosa-1,5-bifosfat.
  • Reducció del CO₂: Es consumeix l'ATP i el NADPH de la fase lluminosa per reduir el CO₂ fixat.
  • Síntesi de biomolècules: Es produeixen diferents substàncies orgàniques, com midó, àcids grassos i aminoàcids (a l'estroma) o glucosa i fructosa (al citosol).
  • Regeneració de la ribulosa-1,5-bifosfat: Es regenera la molècula inicial per poder continuar el cicle.

Anabolisme heteròtrof

Consisteix en la síntesi de molècules complexes a partir de molècules orgàniques senzilles. És un procés de reducció que es pot dividir en dues fases: la síntesi de monòmers i la síntesi de polímers. La major part de les vies anabòliques tenen lloc al citosol, amb algunes excepcions:

• Síntesi de proteïnes: ribosomes.
• Síntesi d'àcids nucleics: nucli, mitocondris i cloroplasts.
• Síntesi de fosfolípids i colesterol: reticle endoplasmàtic (RE).

Anabolisme dels glúcids

Inclou dues etapes principals:

1. Síntesi de glucosa (gluconeogènesi): Tant en animals com en vegetals, es forma glucosa a partir de precursors no glucídics. El balanç energètic per formar una glucosa a partir de dos piruvats és de 4 ATP, 2 GTP (equivalent a 6 ATP en total) i 2 NADH.
2. Síntesi de polímers (glicogenogènesi i amilogènesi): A partir de la glucosa es formen polisacàrids de reserva. En animals es sintetitza glicogen (glicogenogènesi) i en vegetals, midó (amilogènesi).

La gluconeogènesi pot partir de diversos precursors:

• Lactat: Es converteix en piruvat mitjançant l'enzim lactat deshidrogenasa (reacció inversa a la fermentació làctica), generant NADH.
• Alguns aminoàcids: Poden transformar-se en intermediaris de la ruta.
• Glicerina: Procedent de la hidròlisi dels greixos.

Nota important: Els animals no poden sintetitzar glucosa a partir d'àcids grassos, ja que la conversió d'acetil-CoA a piruvat és irreversible. L'acetil-CoA que entra al cicle de Krebs s'oxida completament a CO₂, per la qual cosa no hi ha un guany net de carbonis per a la gluconeogènesi.

Anabolisme dels lípids

Els lípids de reserva més importants són els triacilglicèrids. La seva biosíntesi requereix tres processos:

• Obtenció d'àcids grassos.
• Obtenció de glicerina.
• Síntesi de triacilglicèrids a partir dels dos components anteriors.

Obtenció d'àcids grassos

La principal font d'àcids grassos és el greix ingerit en la dieta. Alternativament, es poden sintetitzar de nou (biosíntesi) a partir de l'acetil-CoA. Aquesta biosíntesi té lloc al citosol.

Anabolisme de les proteïnes

Consta de dues parts: la síntesi d'aminoàcids i la seva posterior unió als ribosomes (traducció) per formar proteïnes, seguint les instruccions de l'ARNm. Per a la síntesi dels aminoàcids no essencials, és clau l'àcid α-cetoglutàric (un intermediari del cicle de Krebs), ja que actua com a precursor i és el responsable de transferir grups amino a altres molècules en un procés anomenat transaminació.