apunts 16 - IES Guillem Cifre de Colonya
apunts 16 - IES Guillem Cifre de Colonya
apunts 16 - IES Guillem Cifre de Colonya
Create successful ePaper yourself
Turn your PDF publications into a flip-book with our unique Google optimized e-Paper software.
<strong>16</strong><br />
EL METABOLISME<br />
CEL.LULAR:<br />
BIOENERGÈTICA<br />
1. Concepte i tipus <strong>de</strong> metabolisme.<br />
1.1 Catabolisme i anabolisme<br />
1.2 Tipus <strong>de</strong> metabolisme.<br />
1.3 L’ATP i la seva<br />
importància en el metabolisme.<br />
2. Control <strong>de</strong>l metabolisme.<br />
3. Els biocatalitzadors<br />
4. Els enzims.<br />
5. Activitat enzimàtica.<br />
6. Cinètica enzimàtica<br />
7. Enzims al.lostèrics<br />
8. Sistemes multienzimàtics. Regulació <strong>de</strong><br />
l’activitat enzimàtica<br />
9. Classificació <strong>de</strong>ls enzims<br />
10. Les vitamines<br />
11. Les hormones<br />
<strong>IES</strong> <strong>Guillem</strong> <strong>Cifre</strong> <strong>de</strong> <strong>Colonya</strong>. BIOLOGIA BATXILLERAT 2. Professor: Bartomeu Vilanova Suau<br />
1
2<br />
1<br />
CONCEPTE I TIPUS DE METABOLISME<br />
El metabolisme és el conjunt <strong>de</strong> reaccions químiques que es produeixen a l'interior <strong>de</strong> les cèl·lules<br />
i que condueixen a la transformació d'unes biomolècules en d'altres.<br />
Les diferents reaccions químiques <strong>de</strong>l metabolisme s ' anomenen vies metabòliques i les molècules<br />
que hi intervenen s'anomenen metabòlits.<br />
Les substàncies finals d'una via metabòlica s ' anomenen productes. Les connexions que hi ha entre<br />
diferents vies metabòliques reben el nom <strong>de</strong> metabolisme intermediari.<br />
Totes les reaccions <strong>de</strong>l metabolisme estan regula<strong>de</strong>s per enzims, que són específics per a cada<br />
metabòlit inicial o substrat i per a cada tipus <strong>de</strong> transformació.<br />
1.1 CATABOLISME I ANABOLISME<br />
Es po<strong>de</strong>n consi<strong>de</strong>rar dues fases en el metabolisme: una <strong>de</strong> <strong>de</strong>gradació <strong>de</strong> matèria orgànica o<br />
catabolisme i una altra <strong>de</strong> construcció <strong>de</strong> matèria orgànica o anabolisme<br />
Catabolisme: És la transformació <strong>de</strong> molècules orgàniques complexes en d’altres senzilles. En<br />
el procés s’allibera energia que s’emmagatzema en els enllaços fosfat <strong>de</strong> l’ATP<br />
Anabolisme: És la síntesi <strong>de</strong> molècules orgàniques complexes a partir d’altres biomolècules<br />
més senzilles, per la qual cosa es necessita energia, proporcionada per l’ATP<br />
REACCIONS CATABÒLIQUES<br />
- Són reaccions <strong>de</strong> <strong>de</strong>gradació <strong>de</strong><br />
molècules complexes en d’altres <strong>de</strong> més<br />
senzilles<br />
- Són reaccions d’oxidació.<br />
- Desprenen energia<br />
- Malgrat que es parteix <strong>de</strong> substrats<br />
molt diferents gairebé sempre donen<br />
els mateixos productes (àcid pirúvic,<br />
CO2, H20, etanol i pocs més). Hi ha<br />
convergència <strong>de</strong> productes<br />
REACCIONS ANABÒLIQUES<br />
- Són reaccions <strong>de</strong> síntesi <strong>de</strong> molècules<br />
orgàniques complexes a partir d’altres<br />
biomolècules més senzilles<br />
- Són reaccions <strong>de</strong> reducció<br />
- Necessiten energia<br />
- Malgrat que es parteix <strong>de</strong>ls mateixos<br />
substrats, com que hi ha molts<br />
processos diferents, apareixen molts<br />
productes. Hi ha divergència en els<br />
productes<br />
-<br />
<strong>IES</strong> <strong>Guillem</strong> <strong>Cifre</strong> <strong>de</strong> <strong>Colonya</strong>. BIOLOGIA BATXILLERAT 2. Professor: Bartomeu Vilanova Suau
1.2 TIPUS DE METABOLISME<br />
Tots els éssers vius necessiten incorporar a les seves cèl·lules molts tipus diferents d’àtoms, entre els quals<br />
el més abundant és el C.<br />
Segons la font <strong>de</strong> carboni, es po<strong>de</strong>n distingir dos tipus d’organismes:<br />
Metabolisme autòtrof. Si la font <strong>de</strong> carboni és el CO2 atmosfèric, és a dir el carboni inorgànic.<br />
Metabolisme heteròtrof. Si la font és la matèria orgànica, com per a exemple la glucosa, proteïnes<br />
o triglicèrids, és a dir, formes mes o menys reduï<strong>de</strong>s <strong>de</strong>l carboni, o carboni orgànic.<br />
Respecte a les diferents fonts d’energia en els reaccions metabòliques po<strong>de</strong>m trobar dos processos<br />
diferents:<br />
Fotosíntesi. Si la fons d’energia és la llum.<br />
Quimiosíntesi. Si es tracta <strong>de</strong> l’energia alliberada en reaccions químiques.<br />
TIPUS D’ORGANISMES<br />
SEGONS EL SEU<br />
METABOLISME<br />
Fotolitotròfs<br />
(o fotoautòtrofs)<br />
Fotoorganòtrofs<br />
(o fotoheteròtrofs)<br />
Quimiolitòtrofs<br />
(o quimioautòtrofs)<br />
Quimioorganòtrofs<br />
(o quimioheteròtrofs)<br />
ORÍGEN DE<br />
L’ENERGIA<br />
ORIGEN DEL<br />
CARBONI<br />
EXEMPLES<br />
Llum CO2 Plantes superiors, algues,<br />
cianobacteris, bacteris<br />
proprats <strong>de</strong>l sofre i bacteris<br />
verds <strong>de</strong>l sofre<br />
Llum Orgànic Bacteris porpats no sulfuris<br />
Reaccions<br />
químiques<br />
Reaccions<br />
químiques<br />
CO2 Bacteris nitrificants, bacteris<br />
incolors <strong>de</strong>l sofre<br />
Orgànic Animals, fongs, protozous i<br />
molts bacteris<br />
<strong>IES</strong> <strong>Guillem</strong> <strong>Cifre</strong> <strong>de</strong> <strong>Colonya</strong>. BIOLOGIA BATXILLERAT 2. Professor: Bartomeu Vilanova Suau<br />
3
1.3 EL TRIFOSFAT D’ADENOSINA (ATP) I LA SEVA IMPORTÀNCIA EN<br />
EL METABOLISME<br />
En les reaccions químiques és necessari canalitzar d’una manera eficaç l’energia alliberada. Per<br />
exemple, si en la combustió <strong>de</strong> la glucosa tota l’energia s’alliberés en forma <strong>de</strong> calor, <strong>de</strong> poc li<br />
serviria a la cèl·lula. Per això la glucosa entre en un cicle <strong>de</strong> reaccions acobla<strong>de</strong>s <strong>de</strong> manera que<br />
l’energia que es <strong>de</strong>sprèn en unes reaccions és utilitzada per a impulsar altres reaccions. En aquest<br />
tràfec d’energia entre reaccions hi juga un paper fonamental l’ATP<br />
El trifosfat d’a<strong>de</strong>nosina o ATP és un nucleòtid<br />
<strong>de</strong> molta importància en el<br />
metabolisme, ja que pot actuar com a<br />
molècula energètica, perquè és capaç<br />
d'emmagatzemar o cedir energia gràcies<br />
als seus dos enllaços esterfosfòrics, que<br />
són capaços d'emmagatzemar, cadascun,<br />
7,3 kca/mol. Quan s'hidrolitza, es trenca el<br />
darrer enllaç esterfosfòric (<strong>de</strong>sfosforilació) i<br />
es produeix ADP (Difosfat d’a<strong>de</strong>nosina) i<br />
una molècula d'àcid fosfòric (H3PO4), que<br />
se sol simbolitzar com a Pi; a més,<br />
s ' allibera l ' energia esmentada abans:<br />
ATP + H20 –~ ADP + Pi + energia (7,3<br />
kca/mol)<br />
L ' ADP també és capaç <strong>de</strong> ser hidrolitzat,<br />
<strong>de</strong> manera que es trenca l'altre enllaç<br />
esterfosfòric, amb la qual cosa s'alliberen<br />
uns altres 7,3 kca/mol i es produeixen AMP<br />
(monofosfat d’a<strong>de</strong>nosina) i una molècula<br />
d ' àcid fosfòric:<br />
ADP + H2O ----> AMP + Pi + energia (7,3 kca/mol)<br />
Es diu que l ' ATP és la moneda energètica <strong>de</strong> la cèl · lula, ja que representa la manera <strong>de</strong> tenir<br />
emmagatzemat un tipus d'energia d'ús immediat.<br />
En els processos anabòlics, o quan la cèl·lula realitza qualque treball, l’energia s’obté a partir <strong>de</strong><br />
l’ATP que passa a ADP o AMP.<br />
En els processos catabòlics i en la fotosíntesi se “recarrega” la molècula d’ADP amb un grup fosfat<br />
i passa a ATP mitjançant l’anomenada fosforilació.<br />
De vega<strong>de</strong>s s'utilitzen per a la mateixa finalitat altres nucleòtids com ara el GTP, l'UTP o el CTP.<br />
4<br />
<strong>IES</strong> <strong>Guillem</strong> <strong>Cifre</strong> <strong>de</strong> <strong>Colonya</strong>. BIOLOGIA BATXILLERAT 2. Professor: Bartomeu Vilanova Suau
Síntesi d’ATP. La foforilació<br />
La síntesi d’ATP es pot fer per les següents vies:<br />
Fosforilació a l’àmbit <strong>de</strong>l substrat<br />
És la síntesi d ' ATP gràcies a l'energia que<br />
s ' allibera d ' una biomolècula (substrat) quan es<br />
trenca algun <strong>de</strong>ls seus enllaços rics en energia,<br />
com passa en <strong>de</strong>termina<strong>de</strong>s reaccions <strong>de</strong> la<br />
glucòlisi i <strong>de</strong>l cicle <strong>de</strong> Krebs. Els enzims que<br />
regulen aquests processos s ' anomenen<br />
quinases.<br />
Per mitjà d'enzims <strong>de</strong>l grup <strong>de</strong> les ATP-sintetases<br />
És la síntesi d'ATP per mitjà <strong>de</strong>ls enzims ATPases que hi ha a les crestes <strong>de</strong>ls mitocondris o als<br />
tilacoi<strong>de</strong>s <strong>de</strong>ls cloroplasts, quan un flux <strong>de</strong> protons (H + ) travessa aquests enzims.<br />
Fosforilació oxidativa: Té lloc als mitocondris i en les membranes plasmàtiques <strong>de</strong> les<br />
cèl.lules procariotes. (veure apartat <strong>de</strong> la respiració cel.lular)<br />
Fotofosforilació: Té lloc als cloroplasts, durant la fase lluminosa <strong>de</strong> la fotosíntesi (veure<br />
apartat <strong>de</strong> la fotosíntesi)<br />
<strong>IES</strong> <strong>Guillem</strong> <strong>Cifre</strong> <strong>de</strong> <strong>Colonya</strong>. BIOLOGIA BATXILLERAT 2. Professor: Bartomeu Vilanova Suau<br />
5
6<br />
2 EL CONTROL DEL METABOLISME<br />
Reactius i productes<br />
Moltes substàncies químiques quan reaccionen, <strong>de</strong>sprenen energia<br />
calorífica son les anomena<strong>de</strong>s reaccions exergòniques. Això es<br />
pot comprovar experimentalment observant com augmenta la<br />
temperatura <strong>de</strong>l medi en el qual es produeix la reacció. Aquest<br />
<strong>de</strong>spreniment es dóna perquè l’energia interna total <strong>de</strong> les<br />
substàncies reaccionants o reactius (també anomenada energia<br />
química perquè és l’energia emmagatzemada en els enllaços<br />
químics), és superior a l’energia interna <strong>de</strong> les substàncies<br />
produï<strong>de</strong>s o productes. Malgrat això. aquestes reaccions no es donen<br />
espontàniament. ja que, per iniciar una reacció, primer cal<br />
subministrar prou energia per <strong>de</strong>bilitar els enllaços <strong>de</strong>ls reactius i<br />
així possibilitar-ne la ruptura.<br />
L’energia d’activació<br />
Aquest pas intermedi, que requereix una aportació d’energia, rep el<br />
nom d’estat <strong>de</strong> transició. L’energia, expressada en calories,<br />
necessària per dur 1 mol <strong>de</strong> molècules d’una substància. a una<br />
temperatura <strong>de</strong>terminada, fins a l’estat <strong>de</strong> transició s’anomena<br />
energia d’activació<br />
Per accelerar la reacció química també hi ha dues solucions: o posar-hi escalfor, i amb això augmenta<br />
l’estat <strong>de</strong> vibració <strong>de</strong> les molècules i, per tant, la possibilitat que xoquin i donin lloc als productes, o bé<br />
afegir-hi un catalitzador, és a dir, una substància que disminueixi l’energia d’activació necessària per arribar<br />
a l’estat transitori.<br />
Un augment <strong>de</strong> temperatura pot provocar la mort <strong>de</strong>ls éssers vius, per això en aquest cas se segueix el<br />
segon mecanisme, és a dir, l’actuació <strong>de</strong> catalitzadors biològics o biocatalitzadors. Les molècules que exerceixen<br />
aquesta funció són els enzims.<br />
<strong>IES</strong> <strong>Guillem</strong> <strong>Cifre</strong> <strong>de</strong> <strong>Colonya</strong>. BIOLOGIA BATXILLERAT 2. Professor: Bartomeu Vilanova Suau<br />
A mo<strong>de</strong> d’analogia l’inici<br />
d’una reacció és comparable a<br />
la reacció <strong>de</strong> llançar per la<br />
finestra un objecte que hi ha a<br />
terra. No s’ha <strong>de</strong> fer gens <strong>de</strong><br />
força perquè caigui, ja que cau<br />
sol; però fins que l’objecte no<br />
s’apugi fins a l’ampit <strong>de</strong> la<br />
finestra, la caiguda no<br />
s’iniciarà.<br />
Observam també que per<br />
llançar molts objectes en poc<br />
temps hi ha dues solucions: posar<br />
mites persones que treballin<br />
molt ràpidament, és a dir.<br />
gastar molta energia, o bé<br />
rebaixar l’ampit <strong>de</strong> la finestra<br />
perquè sigui més fàcil Llançarlos.<br />
Aquest seria el paper <strong>de</strong>ls<br />
enzims
3 ELS BIOCATALITZADORS<br />
Un catalitzador és una substància, generalment un metall o un òxid metal.lic finament dividit, que accelera<br />
la velocitat <strong>de</strong> les reaccions químiques i es manté inalterable mentre aquestes es produeixen.<br />
Les substàncies que intervenen en les reaccions químiques <strong>de</strong>ls éssers vius són molt estables i per això<br />
necessiten una consi<strong>de</strong>rable aportació d’energia per a reaccionar. D’altra banda la velocitat d’aquestes<br />
reaccions seria tan lenta que seria impossible el <strong>de</strong>senvolupament <strong>de</strong> la vida.<br />
Els biocatalitzadors són molècules que augmenten la velocitat <strong>de</strong> les seves reaccions i exerceixen un<br />
control <strong>de</strong>l metabolisme <strong>de</strong>terminant quines reaccions s’han <strong>de</strong> produir i en quin moment ho han <strong>de</strong> fer.<br />
Els biocatalitzadors inclouen:<br />
- Enzims. Són molècules d’acció específica que disminueixen l’energia d’activació <strong>de</strong>ls reactius i<br />
acceleren, per tant, la velocitat <strong>de</strong> les reaccions metabòliques damunt les quals actuen.<br />
Els enzims són proteïnes globulars solubles en aigua.<br />
El 1981 es varen <strong>de</strong>scobrí les ribozimes que són molècules d’ARN que tenen activitat catalítica i<br />
que participen, entre altres funcions, en el processament o maduració <strong>de</strong> l’ARN i en la síntesi <strong>de</strong><br />
proteïnes.<br />
A partir <strong>de</strong> 1986 s’han començat ha estudiar els abzims, que són anticossos que catalitzen una<br />
diversitat relativament extensa <strong>de</strong> reaccions químiques.<br />
- Vitamines. Són molècules orgàniques que es presenten en quantitats <strong>de</strong> l’ordre <strong>de</strong> mil·ligrams. Els<br />
animals són incapaços <strong>de</strong> sintetitzar les vitamines i les obtenen per mitjà <strong>de</strong>ls aliments, com a tals o<br />
en forma <strong>de</strong> provitamines. La font natural <strong>de</strong> vitamines són els vegetals.<br />
- Oligoelements. Són elements químics que es troben en proporció menor al 0,1 % <strong>de</strong>l pes <strong>de</strong><br />
l’organisme. Intervenen en l’activitat <strong>de</strong>ls enzims, fins al punt que un dèficit d’oligoelements pot<br />
provocar la paralització d’alguns sistemes enzimàtics i ser l’origen <strong>de</strong> malalties.<br />
- Hormones. Són missatgers químics secretats per glàndules endòcrines i transporta<strong>de</strong>s per la sang.<br />
Exerceixen la seva activitat sols en les cèl·lules que posseeixen receptors apropiats, anomena<strong>de</strong>s<br />
cèl·lules diana.<br />
<strong>IES</strong> <strong>Guillem</strong> <strong>Cifre</strong> <strong>de</strong> <strong>Colonya</strong>. BIOLOGIA BATXILLERAT 2. Professor: Bartomeu Vilanova Suau<br />
7
8<br />
4 ELS ENZIMS<br />
Definició<br />
Els enzims són els biocatalitzadors, és a dir, els catalitzadors <strong>de</strong> les reaccions biològiques.<br />
Els enzims actuen rebaixant l’energia d’activació i, per tant. augmentant (accelerant) la velocitat <strong>de</strong> la<br />
reacció, que es pot mesurar per la quantitat <strong>de</strong> producte que es forma per unitat <strong>de</strong> temps.<br />
Característiques<br />
A igual que els catalitzadors, els enzims compleixen:<br />
- Són substàncies que acceleren la reacció, fins i tot en quantitats molt petites. Es a dir, no és que<br />
s’obtingui més producte, sinó que gràcies a aquests se n’obté la mateixa quantitat però en menys<br />
temps.<br />
- No es consumeixen durant la reacció; per això, quan aquesta acaba hi ha la mateixa quantitat que<br />
al principi.<br />
A diferència <strong>de</strong>ls catalitzadors no biològics:<br />
- Són molt específics, i això els permet actuar en una reacció <strong>de</strong>terminada sense alterar-ne d’altres.<br />
- Sempre actuen a temperatura ambient, és a dir, a la temperatura <strong>de</strong> l’ésser viu.<br />
- Són molt actius, molt superiors als catalitzadors no biològics.<br />
- Tenen un pes molecular molt elevat.<br />
Naturalesa i tipus<br />
Els enzims po<strong>de</strong>n ser:<br />
- La gran majoria són proteïnes globulars solubles en aigua.<br />
- Hi ha un petit grup <strong>de</strong> ribozims, que són uns ARN capaços <strong>de</strong> catalitzar uns altres ARN, als quals<br />
afegeixen o treuen nucleòtids, sense consumir-se ells mateixos.<br />
Segons l’estructura que presenten, es po<strong>de</strong>n distingir:<br />
Els enzims estrictament proteics, que po<strong>de</strong>n estar constituïts per una o més ca<strong>de</strong>nes polipeptídiques,<br />
Els holoenzims, que són els enzims constituïts per:<br />
- Apoenzim: la fracció polipeptídica<br />
- Cofactor: Una fracció no polipeptídica. Els cofactors po<strong>de</strong>n ser:<br />
Inorgànics: ions metàl.lics, com el Mg 2 +, el Zn 2+<br />
Orgànics, anomenats coenzims: com l’ATP, el NAD+. el NADP+, el coenzim A, les<br />
vitamines, etc.<br />
Si el cofactor està unit amb força (enllaç covalent) a l’enzim s’anomena grup<br />
prostètic.<br />
<strong>IES</strong> <strong>Guillem</strong> <strong>Cifre</strong> <strong>de</strong> <strong>Colonya</strong>. BIOLOGIA BATXILLERAT 2. Professor: Bartomeu Vilanova Suau
Els coenzims<br />
Un coenzim és un cofactor orgànic que s’uneix a un apoenzim (part proteica d’un enzim) amb<br />
enllaços febles durant un procés catalític. Els coenzims són transportadors <strong>de</strong> grups químics.<br />
Els coenzims són molècules <strong>de</strong> naturalesa<br />
orgànica, <strong>de</strong> baix pes molecular, que no són<br />
responsables <strong>de</strong>l reconeixement <strong>de</strong>l substrat, però<br />
sí <strong>de</strong>l tipus <strong>de</strong> reacció.<br />
Els coenzims no solen ser molècules específiques,<br />
perquè n’hi ha alguns que es po<strong>de</strong>n unir a més <strong>de</strong><br />
100 tipus d’apoenzims diferents, per això el<br />
nombre <strong>de</strong> coenzims és poc elevat perquè po<strong>de</strong>n<br />
ser comuns a molts altres enzims.<br />
Així, doncs, l’apoenzim és la part <strong>de</strong> l’enzim que<br />
marca l’especificitat, mentre que el coenzim és el<br />
responsable <strong>de</strong> l’acció enzimàtica.<br />
Característiques<br />
- A diferència <strong>de</strong> l’apoenzim, el coenzim sí<br />
que es modifica durant la reacció.<br />
- L’unió coenzim-apoenzim és temporal.<br />
- No solen ésser específics d’un tipus<br />
d’apoenzim, sinó que en molts casos es<br />
po<strong>de</strong>n unir a molts tipus d’apoenzims,<br />
cadascun amb una funció diferent.<br />
Des <strong>de</strong>l punt <strong>de</strong> vista químic po<strong>de</strong>n ser:<br />
- Vitamines, per exemple les vitamines <strong>de</strong>l<br />
grup B<br />
- Nucleòtids, com ATP, CTP, UTP i GTP<br />
- Molècules forma<strong>de</strong>s per la unió <strong>de</strong><br />
vitamines i nucleòtids, com ara NAD,<br />
NADP, FMN, i FAD que intercenen en<br />
reaccions d’oxidació-reducció, o el<br />
coenzim A, que realitza la transferència<br />
<strong>de</strong>l grup acil.<br />
Proenzims i isoenzims<br />
Alguns enzims no són actius fins que no actuen sobre aquests altres enzims o ions. Aquests enzims<br />
s’anomenen proenzims. Per exemple el pepsinogen és un proenzim que es transforma en pepsina gràcies<br />
a l’acció <strong>de</strong>l ClH.<br />
Alguns enzims es presenten en formes moleculars diferents, i són els anomenats isoenzims. Presenten<br />
Vmax i Km diferents, però uns són més aptes per a les cèl·lules d’uns òrgans i altres per a les d’altres, o uns<br />
per a les primeres etapes <strong>de</strong> la vida i els altres per a les següents<br />
<strong>IES</strong> <strong>Guillem</strong> <strong>Cifre</strong> <strong>de</strong> <strong>Colonya</strong>. BIOLOGIA BATXILLERAT 2. Professor: Bartomeu Vilanova Suau<br />
9
El centre actiu<br />
No tots els aminoàcids que formen part <strong>de</strong> la proteïna enzimàtica intervenen en al reacció. Po<strong>de</strong>m<br />
diferenciar entre:<br />
10<br />
- Els aminoàcids estructurals, que no tenen funció dinàmica.<br />
- El centre actiu, lloc on es fixa l’enzim al substrat.<br />
Presenta les següents característiques:<br />
És una cavitat asimètrica la composició i conformació <strong>de</strong><br />
la qual <strong>de</strong>termina l’especificitat <strong>de</strong> l’enzim.<br />
Constitueix una part molt petita <strong>de</strong>l volum <strong>de</strong> l’enzim.<br />
Conté:<br />
Aminoàcids <strong>de</strong> fixació, que estableixen unions<br />
febles amb el substrat.<br />
Aminoàcids catalitzadors, que duen a terme la<br />
reacció química.<br />
Especifitat <strong>de</strong>ls enzims<br />
Una <strong>de</strong> les propietats més importants <strong>de</strong>ls aminoàcids és la seva<br />
especificitat.<br />
Tan sols els substrats que tenen la forma a<strong>de</strong>quada po<strong>de</strong>n accedir al<br />
centre actiu; tan sols els que po<strong>de</strong>n establir un enllaç amb els radicals<br />
<strong>de</strong>ls aminoàcids fixadors es po<strong>de</strong>n fixar, i tan sols els que presenten<br />
un enllaç susceptible <strong>de</strong> trencar-se proper als radicals <strong>de</strong>ls aminoàcids<br />
catalítics po<strong>de</strong>n ser alterats. Tot això origina una alta especificitat<br />
entre l’enzim i el substrat.<br />
L’especificitat es pot donar en diversos graus:<br />
a)Especificitat absoluta. Es dóna quan l’enzim tan sols actua sobre<br />
un substrat.<br />
b) Especificitat <strong>de</strong> grup. Es dóna quan l’enzim reconeix un grup <strong>de</strong><br />
molècules <strong>de</strong>terminat<br />
c) Especificitat <strong>de</strong> classe. Es la menys específica, ja que l’actuació<br />
<strong>de</strong> l‘enzim no <strong>de</strong>pèn <strong>de</strong>l tipus <strong>de</strong> molècula, sinó <strong>de</strong>l tipus d’enllaç.<br />
Un símil...<br />
<strong>IES</strong> <strong>Guillem</strong> <strong>Cifre</strong> <strong>de</strong> <strong>Colonya</strong>. BIOLOGIA BATXILLERAT 2. Professor: Bartomeu Vilanova Suau<br />
El 1890, E. Fisher va<br />
proposar el símil <strong>de</strong> «la clau<br />
(substrat) i el pany (enzim)»<br />
per il lustrar aquesta<br />
complementarietat.<br />
Actualment s’ha vist que alguns<br />
enzims, quan<br />
estableixen els enllaços amb<br />
el substrat, modifiquen la<br />
forma <strong>de</strong>ls centres actius per<br />
adaptar-se millor al substrat,<br />
és l’anomenat ajust induït..<br />
En aquests casos, en lloc <strong>de</strong>l<br />
símil <strong>de</strong> «la clau i el pany> és<br />
més a<strong>de</strong>quat el símil <strong>de</strong> «com<br />
el guant (enzim) s’adapta a<br />
la mà (substrat)»,
5 L’ACTIVITAT ENZIMÀTICA<br />
La substància sobre la qual actua un enzim s’anomena substrat.<br />
Els enzims actuen <strong>de</strong> dues maneres diferents, segons si es tracta <strong>de</strong> reaccions en què hi ha un sol substrat<br />
o <strong>de</strong> reaccions en què hi ha dos o mes tipus <strong>de</strong> substrats que s’uneixen a l’enzim per reaccionar.<br />
Un sol substrat<br />
En les reaccions en que hi ha un sol substrat, l’enzim actua fixant<br />
el substrat a la seva superfície (adsorció) per mitjà d’enllaços<br />
febles, i així es forma l’anomenat complex enzim-substrat .<br />
D’aquesta manera es generen tensions que <strong>de</strong>biliten els<br />
enllaços <strong>de</strong>l substrat i es forma el complex activat.<br />
Finalitzada la transformació, queda el complex enzim-producte,<br />
que s’escin<strong>de</strong>ix i allibera l’enzim intacte i el producte.<br />
Dos substrats<br />
En les reaccions en què hi ha dos substrats que reaccionen<br />
entre si, els enzims actuen atraient les molècules reaccionants<br />
cap a la seva superfície (adsorció), <strong>de</strong> manera que la possibilitat<br />
que es trobin augmenta i, en conseqüència, la reacció es<br />
produeix més fàcilment. EIs enzims, un cop feta la transformació<br />
<strong>de</strong>ls substrats en els productes, se n’alliberen ràpidament per<br />
tornar a actuar.<br />
De vega<strong>de</strong>s, l’enzim atrau primer un substrat i se’n queda una<br />
part; <strong>de</strong>sprés atrau el segon substrat i hi uneix aquesta part.<br />
Aquest mecanisme s’anomena «ping-pong»<br />
<strong>IES</strong> <strong>Guillem</strong> <strong>Cifre</strong> <strong>de</strong> <strong>Colonya</strong>. BIOLOGIA BATXILLERAT 2. Professor: Bartomeu Vilanova Suau<br />
11
12<br />
6<br />
La velocitat <strong>de</strong> reacció<br />
CINÈTICA ENZIMÀTICA<br />
La cinètica enzimàtica estudia la velocitat <strong>de</strong> les reaccions catalitza<strong>de</strong>s per enzims. En una reacció la<br />
velocitat <strong>de</strong>pèn, entre altres factors, <strong>de</strong> la concentració <strong>de</strong>l substrat.<br />
En 1913 Leonor Michaelis i Maud Menten varen proposar una equació (equació <strong>de</strong> Micahelis-Menten) que<br />
relaciona la velocitat <strong>de</strong> reacció amb la concentració <strong>de</strong>l substrat.<br />
En una reacció enzimàtica amb una concentració d’enzim<br />
constant, si s’augmenta la concentració <strong>de</strong> substrat es<br />
produeix un augment <strong>de</strong> la velocitat <strong>de</strong> reacció. Aquest<br />
increment en la velocitat <strong>de</strong> reacció es dóna perquè<br />
augmenta la probabilitat <strong>de</strong> trobada entre substrat i enzim.<br />
Si es va augmentant la concentració <strong>de</strong>l substrat, arriba<br />
un moment en què la velocitat <strong>de</strong> reacció <strong>de</strong>ixa <strong>de</strong> créixer,<br />
és a dir, arriba a la velocitat màxima (Vmx). Això és <strong>de</strong>gut<br />
al fet que totes les molècules d’enzim ja estan ocupa<strong>de</strong>s<br />
per molècules <strong>de</strong> substrat, formant el complex enzim<br />
substrat, fet que s anomena saturació <strong>de</strong> l’enzim.<br />
En la major part <strong>de</strong>Is enzims, la representació gràfica Velocitat / concentració <strong>de</strong> substrat dóna una<br />
hipèrbole.<br />
Per a mesurar l’afinitat d’un enzim amb el substrat s’utilitza la constant <strong>de</strong> Michaelis-Menten (Km).<br />
Aquest valor equival a la concentració <strong>de</strong> substrat necessari per a assolir la meitat <strong>de</strong> la velocitat màxima.<br />
Km <strong>de</strong>pèn <strong>de</strong> l’afinitat que hi ha entre l’enzim i el substrat.<br />
<strong>IES</strong> <strong>Guillem</strong> <strong>Cifre</strong> <strong>de</strong> <strong>Colonya</strong>. BIOLOGIA BATXILLERAT 2. Professor: Bartomeu Vilanova Suau
- Si la magnitud <strong>de</strong> Km es petita, vol<br />
dir que assoleix ràpidament la meitat<br />
<strong>de</strong> la velocitat màxima i, per tant,<br />
l’afinitat pel substrat és elevada.<br />
- Si Km es alta, vol dir que triga en<br />
assolir la meitat <strong>de</strong> la velocitat i, per<br />
tant, l’afinitat pel substrat és petita.<br />
Factors que influeixen en la cinètica enzimatica<br />
Influència <strong>de</strong> la concentració <strong>de</strong>l substrat<br />
A concentracions baixes <strong>de</strong> substrat, la velocitat es<br />
directament proporcional a la concentració <strong>de</strong> substrat,<br />
però la reacció té una velocitat màxima (in<strong>de</strong>pen<strong>de</strong>nt<br />
<strong>de</strong> la concentració <strong>de</strong> substrat).<br />
Quan l’enzim està saturada <strong>de</strong> substrat la velocitat no<br />
<strong>de</strong>pèn <strong>de</strong> la concentració <strong>de</strong> substrat; només <strong>de</strong> la<br />
rapi<strong>de</strong>sa en que el substrat la poc processar.<br />
Influència <strong>de</strong> la temperatura<br />
Si se subministra a una reacció enzimàtica energia<br />
calorífica, les molècules augmenten la mobilitat tant, el<br />
nombre <strong>de</strong> troba<strong>de</strong>s moleculars; per això augmenta la<br />
velocitat en què es forma el producte.<br />
Hi ha una temperatura òptima per a la qual l’activitat<br />
enzimàtica és màxima.<br />
Si la temperatura augmenta es dificulta la unió enzimsubstrat<br />
i, a partir d’una temperatura <strong>de</strong>terminada,<br />
l’enzim es <strong>de</strong>snaturalitza i perd l’activitat enzimàtica.<br />
Influència <strong>de</strong>l pH<br />
(E) x (S)<br />
KM= --------------<br />
(ES)<br />
Els enzims presenten dos valors límit <strong>de</strong> pH entre els<br />
quals són eficaços. Traspassats aquests valors, els<br />
enzims es <strong>de</strong>snaturalitzen i <strong>de</strong>ixen d’actuar. Entre els<br />
dos límits hi ha un pH òptim en el qual l’enzim<br />
presenta la màxima eficàcia.<br />
El pH òptim esta condicionat pel tipus d’enzim i <strong>de</strong><br />
substrat.<br />
<strong>IES</strong> <strong>Guillem</strong> <strong>Cifre</strong> <strong>de</strong> <strong>Colonya</strong>. BIOLOGIA BATXILLERAT 2. Professor: Bartomeu Vilanova Suau<br />
13
Inhibició enzimàtica<br />
Els inhibidors són substàncies que disminueixen l’activitat d’un enzim o bé impe<strong>de</strong>ixen completament<br />
l’actuació. Po<strong>de</strong>n ser perjudicials o beneficiosos, com ara la penicil.lina, que és un inhibidor <strong>de</strong>ls enzims que<br />
regulen la síntesi <strong>de</strong> la paret bacteriana.<br />
La inhihició pot ser <strong>de</strong> dos tipus:<br />
Inhibició irreversible, o enverinament <strong>de</strong> l’enzim. Té lloc quan l’inhibidor o verí metabòlic es fixa<br />
permanentment al centre actiu <strong>de</strong> l’enzim, n’altera l‘estructura i l’inutilitza.<br />
Per exemple el cianur inhibeix el complex citocrom oxidasa i bloqueja la ca<strong>de</strong>na electrònica a la respiració<br />
cel.lular. Molts fàrmacs, com ara la penicil.lina, són inhibidors irreversible <strong>de</strong> l’activitat enzimàtica.<br />
La inhibició reversible té lloc quan no s’inutilitza el centre actiu, sinó que tan sols se n’impe<strong>de</strong>ix<br />
temporalment el funcionament. Hi ha dues modalitat:<br />
14<br />
La inhibició reversible competitiva és <strong>de</strong>guda a la presència d’un inhibidor la molècula <strong>de</strong>l qual és<br />
similar al substrat, i per això competeix amb aquest en fixar-se al centre actiu <strong>de</strong> l’enzim.<br />
Si es fixa l’inhibidor, l’enzim queda bloquejat i, per tant, el substrat no s’hi pot fixar fins que l’inhibidor<br />
no se’n va. La velocitat <strong>de</strong> la reacció disminueix segons la concentració <strong>de</strong> l’inhibidor. Aquesta<br />
inhibició se pot superar si augmenta la concentració <strong>de</strong> substrat.<br />
La inhibició reversible no competitiva. L’inhibidor no competiex amb el substrat, sol produir una<br />
modificació <strong>de</strong> la seva conformació que impe<strong>de</strong>ix la unió al substrat.Tenim dos casos:<br />
Un inhibidor que es fixa al complex enzim-substrat i n’impe<strong>de</strong>ix la separació. O bé s’uneix a l’enzim i<br />
impe<strong>de</strong>ix l’accés <strong>de</strong>l substrat al centre actiu. Aquesta inhibició no es sol.luciona amb l’augment <strong>de</strong><br />
substrat.<br />
<strong>IES</strong> <strong>Guillem</strong> <strong>Cifre</strong> <strong>de</strong> <strong>Colonya</strong>. BIOLOGIA BATXILLERAT 2. Professor: Bartomeu Vilanova Suau
7 ELS ENZIMS AL.LOSTÈRICS<br />
EIs enzims al.lostèrics, anomenats també reguladors estan constituïts per dues o més subunitats<br />
forma<strong>de</strong>s per ca<strong>de</strong>nes polipeptídiques, i són, per això, proteïnes amb estructura quaternària. Els enzims<br />
al.lostèrics po<strong>de</strong>n adoptar dues formes estables diferents. Una és la configuració activa <strong>de</strong> l’enzim, i l’altra, la<br />
configuració inactiva.<br />
A més <strong>de</strong>l centre actiu, aquests enzims tenen almenys un altre lloc,<br />
anomenat centre regulador o centre al.lostèric, al qual es pot unir<br />
una substància <strong>de</strong>terminada, anomenada Iligand. Sovint una sola <strong>de</strong> les<br />
configuracions presenta afinitat pel lligand, en aquests casos és la<br />
presència <strong>de</strong>l lligand la que <strong>de</strong>termina el canvi <strong>de</strong> configuració en l’<br />
enzim, l’ anomenada transició al.lostèrica .<br />
Per explicar el mecanisme al.lostèrtic hem <strong>de</strong> consi<strong>de</strong>rar un enzim<br />
al.lostèric compost <strong>de</strong> dues subunitats idèntiques, cadascuna amb<br />
el seu centre actiu. Les subunitats po<strong>de</strong>n adoptar dues<br />
conformacions interconvertibles: R i T<br />
La forma R té molta afinitat pel substrat, mentre que per a la forma<br />
T l’afinitat és baixa. Totes dues subunitats s’han <strong>de</strong> trobar en el<br />
mateix estat conformacional, perquè es mantingui la simetria <strong>de</strong>l<br />
dímer. Les conformacions possibles són RR i TT, però no RT. En<br />
absència <strong>de</strong> substrat, gairebé totes les molècules <strong>de</strong> l’enzim estan<br />
en la forma T. L’addició <strong>de</strong>l substrat canvia aquest equilibri a favor<br />
<strong>de</strong> la forma R, perquè el substrat s’uneix només a la forma R. Quan<br />
el substrat s’uneix a un <strong>de</strong>ls centres actius, l’altre centre <strong>de</strong> la<br />
mateixa molècula enzimàtica ha d’estar en la forma R, perquè es<br />
mantingui l’asimetria. En aquestes condicions l’activitat enzimàtica<br />
és molt gran per a concentracions <strong>de</strong>l substrat relativament baixes.<br />
Es coneixen dos tipus <strong>de</strong> lligands segons la configuració induïda<br />
que afavoreixen: els activadors o efectors, i els inhibidors.<br />
En alguns enzims hi ha dos centres reguladors als quals uneixen<br />
lligands <strong>de</strong> diferents tipus, cadascun <strong>de</strong>ls quals provoca una<br />
disminució d’afinitat <strong>de</strong> l’enzim per l’altre.<br />
Efecte cooperatiu<br />
Els enzims al.lostèrics presenten un efecte cooperatiu, perquè la unió <strong>de</strong> substrat a una <strong>de</strong> les subunitats <strong>de</strong> l’enzim<br />
facilita la unió <strong>de</strong> les altres molècules <strong>de</strong>l substrat als centres actius d’altres subunitats.<br />
Aquest mo<strong>de</strong>l explica els efectes <strong>de</strong>ls activadors o inhibidors al.lostèrics. La unió d’un inhibidor al.lostèric provoca que<br />
l’enzim adopti la conformació inactiva i promou la unió cooperativa d’una segona molècula d’inhibidor. Passa una cosa<br />
semblant en el cas <strong>de</strong>ls activadors.<br />
Un excés <strong>de</strong> substrat pot revestir l’efecte inhibidor, perquè la unió <strong>de</strong>l substrat promou que l’enzim adopti la conformitat<br />
activa.<br />
<strong>IES</strong> <strong>Guillem</strong> <strong>Cifre</strong> <strong>de</strong> <strong>Colonya</strong>. BIOLOGIA BATXILLERAT 2. Professor: Bartomeu Vilanova Suau<br />
15
Cinemàtica <strong>de</strong>ls enzims alostèrics<br />
Aquests enzims tenen una cinemàtica diferent a la resta<br />
d’enzims i no responen a la corba hiperbòlica <strong>de</strong> l’eqüació <strong>de</strong><br />
Michaelis-Menten, sinó a una corba sigmoi<strong>de</strong>a.<br />
Els enzims al.lostèrics, a causa <strong>de</strong> la interacció d’altres<br />
molècules, l’augment inicial <strong>de</strong> la concentració <strong>de</strong>l substrat,<br />
provoca un menor increment <strong>de</strong> la velocitat <strong>de</strong> reacció.<br />
<strong>16</strong><br />
8<br />
SISTEMES MULTIENZIMÀTICS I<br />
REGULACIÓ DE L’ACTIVITAT ENZIMÀTICA<br />
Sistemes multienzimàtics<br />
Els enzims solen actuar junts en seqüències enca<strong>de</strong>na<strong>de</strong>s, i originen així vies metabòliques contola<strong>de</strong>s per<br />
sistemes multienzimàtics, o associacions d’enzims, en el quals el producte <strong>de</strong>l primer enzim és el substrat<br />
<strong>de</strong>l següent, i així successivament, fins al producte final.<br />
Es coneixen tres nivells <strong>de</strong> complexitat en aquests sistemes:<br />
- Primer nivell: Els enzims, pel fet <strong>de</strong> ser proteïnes solubles, estan dissolts en el citoplasma com a<br />
molècules in<strong>de</strong>pen<strong>de</strong>nts. Les molècules <strong>de</strong>l substrat, que tenen velocitats <strong>de</strong> difusió eleva<strong>de</strong>s, troben<br />
ràpidament el camí d’un enzim al següent. Per exemple la via <strong>de</strong> la <strong>de</strong>gradació <strong>de</strong> la glucosa a<br />
piruvat <strong>de</strong> la glicòlisi.<br />
- Segons nivell. Els enzims estan associats físicament i actuen com a complexos enzimàtics, <strong>de</strong><br />
manera que els substrats intermedis mai no abandonen el complex. L’or<strong>de</strong>nació <strong>de</strong>ls enzims en<br />
complexos enzimàtics té l’avantatge <strong>de</strong> reduir la distància a través <strong>de</strong> la qual han <strong>de</strong> viatjar les<br />
molècules <strong>de</strong>l substrat durant el curs <strong>de</strong> la via metabòlica.<br />
- Tercer nivell. Els sistemes enzimàtics s’associen en estuctures supramoleculars, com ara les<br />
membranes o els ribosomes. Per exemple a la ca<strong>de</strong>na respiratòria els enzims responsables formen<br />
part <strong>de</strong> la membrana interna <strong>de</strong>ls mitocondris.<br />
Conèixer la quantitat d’enzim<br />
present en un moment donat<br />
aporta informació sobre<br />
algunes patologies i serveix<br />
com a prova diagnòstica.<br />
Alguns exemples d’enzims que<br />
es fan servir per a la <strong>de</strong>tecció<br />
<strong>de</strong> patologies són els següents.<br />
<strong>IES</strong> <strong>Guillem</strong> <strong>Cifre</strong> <strong>de</strong> <strong>Colonya</strong>. BIOLOGIA BATXILLERAT 2. Professor: Bartomeu Vilanova Suau
Regulació <strong>de</strong> l’activitat enzimàtica<br />
Les principals maneres <strong>de</strong> regular les vies metabòliques són:<br />
Regulació per retroinhibició o inhibició per feed back.<br />
Es dona en enzims al.lostèrics la configuració inicial <strong>de</strong>ls quals<br />
és l’activa. Es produeix quan el producte final és el que, com que<br />
es fixa al centre regulador, actua com a inhibidor, i així provoca<br />
la transició al.lostèrica a la forma inactiva <strong>de</strong> l’enzim.<br />
El resultat és que es manté la quantitat <strong>de</strong> producte dins uns<br />
límits, ja que si n’hi ha un nombre major <strong>de</strong> molècula <strong>de</strong> producte<br />
aquest s’aferra a l’enzim i impe<strong>de</strong>ix la seva unió al substrat.<br />
La regulació per feed-back és el mecanisme generalment utilitzat<br />
en les vies metabòliques.<br />
Modificacions covalents reversibles<br />
L’activitat d’alguns enzims es modifica profundament per<br />
la unió covalent <strong>de</strong> certes molècules. Per exemple, la<br />
glicògen fosforilasa, que allibera molècules a partir <strong>de</strong>l<br />
glicògen, s’activa per fosforilació d’un residu <strong>de</strong> serina<br />
específic. La reacció s’inverteix per mitjà <strong>de</strong> la hidròlisi <strong>de</strong><br />
l’enllaç ester fosfat.<br />
Activitat proteolítica<br />
Alguns enzims se sintetitzen en forma<br />
<strong>de</strong> percussor inactiu (zimogen o<br />
proenzim) i són activats en el lloc<br />
apropiat. L’activitat proteolítica, en<br />
contrast amb el control al.lostèric,<br />
només succeeix una vegada en la vida<br />
d’una molècula enzimàtica.<br />
Per exemple:<br />
-Els enzims proteolítics, com el<br />
pepsinògen secretat a l’estòmac que es<br />
transforma en pepsina en contacte amb<br />
el CLH.<br />
-Coagulació <strong>de</strong> la sang. Es basa en una<br />
seqüència d’activacions proteolítiques<br />
que asseguren una resposta ràpida a la<br />
lesió.<br />
- La insulina forma a partir d’un<br />
precursor inactiu, la proinsulina, per<br />
separació proteolítica d’un peptid.<br />
Regulació gènica.<br />
Els enzims que sintetitza una cèl·lula <strong>de</strong>penen <strong>de</strong>ls gens que s’expressin en aquesta cèl.lula. Els<br />
enzims constitutius es troben en quantitats constants, encara que no hi hagi substrat en aquests<br />
moment, mentre que els enzims induïbles només es produeixen quan hi ha substrat.<br />
<strong>IES</strong> <strong>Guillem</strong> <strong>Cifre</strong> <strong>de</strong> <strong>Colonya</strong>. BIOLOGIA BATXILLERAT 2. Professor: Bartomeu Vilanova Suau<br />
17
18<br />
9 CLASSIFICACIÓ DELS ENZIMS<br />
Nomenclatura<br />
Per anomenar un enzim s’esmenta, per aquest ordre:<br />
- El nom <strong>de</strong>l substrat.<br />
- El nom <strong>de</strong>l coenzim (si n’hi ha).<br />
- La funció que exerceix, a cabat en -asa<br />
Exemple: malonat –CoA-transferasa<br />
Normalment tan sols s’utilitza el nom <strong>de</strong>l substrat acabat en –asa: Exemple: Sacarasa, maltasa etc.<br />
Hi ha també enzims que conserven el nom tradicional: tripsina, pepsina, etc.<br />
Hi ha també una nomenclatura numèrica. Cada enzim està numerat amb quatre xifres:<br />
1ª Indica la classe.<br />
2ª Indica la subclasse.<br />
3ª Indica la divisió.<br />
4ª Indica l’enzim concret.<br />
Exemple: 2.8.3.3 és el malonat-CoA-transferasa<br />
Classificació<br />
1) Oxidoreductases: Catalitzen reaccions d’oxidació o reducció <strong>de</strong>l substrat. Exemples:<br />
- Oxidases: Oxi<strong>de</strong>n el substrat quan n’accepten els electrons<br />
- Deshidrogenases: Separen àtoms d’hidrogen <strong>de</strong>l substrat.<br />
2) Transferases: Transfereixen radicals d’un substrat a l’altre sense que en cap moment aquests radicals<br />
quedin lliures.<br />
3) Hidrolases: Trenquen enllaços amb l’addicció d’una molècula d’aigua que aporta un –OH a una part i un<br />
–H a l’altra. (Ex: enzims digestius com peptidases....)<br />
4) Liases: Separen grups sense intervenció d’aigua.<br />
5) Isomerases: Catalitzen reaccions d’isomerització, és a dir, <strong>de</strong> canvi <strong>de</strong> posició d’un grup d’una part a<br />
l’altra.<br />
6) Ligases o sintetases: Catalitzen la unió <strong>de</strong> molècules o grups, amb l’energia proporcionada per l’ATP.<br />
<strong>IES</strong> <strong>Guillem</strong> <strong>Cifre</strong> <strong>de</strong> <strong>Colonya</strong>. BIOLOGIA BATXILLERAT 2. Professor: Bartomeu Vilanova Suau
<strong>IES</strong> <strong>Guillem</strong> <strong>Cifre</strong> <strong>de</strong> <strong>Colonya</strong>. BIOLOGIA BATXILLERAT 2. Professor: Bartomeu Vilanova Suau<br />
19
20<br />
10<br />
LES VITAMINES<br />
Les vitamines són glúcids o lípids senzills que actuen com a coenzims (alguns <strong>de</strong>sprés d’unir-se a<br />
altres molècules) i que, en general, els animals no po<strong>de</strong>n sintetitzar o ho fan en quantitats<br />
insuficients, per això necessiten ingerir-los en la dieta.<br />
El nom vol dir “amina vital” ja que són necessaris per a la vida i la primera que es va aïllar era una<br />
amina.<br />
Característiques:<br />
- Son substàncies làbils, que s’alteren amb facilitat amb el canvi <strong>de</strong> temperatura, la llu o<br />
l’emmagatzament prolongat.<br />
- Les plantes i bacteris sintetitzen vitamines. Els animals <strong>de</strong> vega<strong>de</strong>s no les troben forma<strong>de</strong>s<br />
<strong>de</strong>l tot en els aliments sinó en forma <strong>de</strong> provitamines, que necessiten transformar<br />
posteriorment. Per exemple les vitamines A i D, En altres casos la flora bacteriana aporta les<br />
vitamines, com la K.<br />
Classificació:<br />
- Liposolubles:<br />
- Hidrosolubles:<br />
Són <strong>de</strong> naturalesa lipídica<br />
Soluble en dissolvents orgànics.<br />
L’excés pot provocar trastorns<br />
Exemples: A,D,E i K<br />
Són solubles en aigua<br />
Es difonen molt bé per la sang.<br />
L’excés no provoca trastorns, perquè els ronyons les filtren i s’eliminen<br />
per l’orina.<br />
Exemples: Complex B i vitamina C<br />
<strong>IES</strong> <strong>Guillem</strong> <strong>Cifre</strong> <strong>de</strong> <strong>Colonya</strong>. BIOLOGIA BATXILLERAT 2. Professor: Bartomeu Vilanova Suau
VITAMINES HIDROSOLUBLES<br />
B1<br />
tiamina o<br />
antiberibèrica<br />
B2<br />
riboflavina o<br />
lactoflavina<br />
B3<br />
vitamina PP o àcid<br />
nicotínic o niacina<br />
B5<br />
àcid pantotènic<br />
B6<br />
piridoxina<br />
B8<br />
biotina<br />
B9<br />
àcid fòlic o folacina<br />
B12<br />
cianocobalamina<br />
Cobertes <strong>de</strong> les llavors<br />
<strong>de</strong>ls cereals i els llegums<br />
Fetge, ronyons, ous, llet I<br />
fruits secs<br />
Bonítol, tonyina, fetge,<br />
pollastre, cacauets, pèsols i<br />
mongetes. Els animals la<br />
sintetitzen insuficientment<br />
a parit <strong>de</strong>l triptòfan<br />
Peix, carn, ous, cereals,<br />
llegums...<br />
Fetge, ronyons, salmó,<br />
nous i civada...<br />
Fetge, ronyons, ous, soja,<br />
ametlles i nous.<br />
La pot sintetitzar la flora<br />
intestinal<br />
Espàrrecs, espinacs,<br />
llenties, avellanes, fetge,<br />
ronyons...<br />
Fetge, ronyos, sardina,<br />
verat, arenga i llet.<br />
Tambése sintetitza a partir<br />
<strong>de</strong> la flora bacteriana<br />
C Cítrics, hortalisses i llet <strong>de</strong><br />
vaca<br />
La seva forma activa és el<br />
coenzim pirofosfat <strong>de</strong><br />
tiamina (TPP).<br />
Intervé en el metabolisme<br />
<strong>de</strong> glúcids i lípids.<br />
Forma part <strong>de</strong>ls coenzims<br />
FAD I FMN, que actuen en<br />
el cicle <strong>de</strong> Krebs i en la<br />
ca<strong>de</strong>na respiratòria<br />
cel.lular<br />
Forma part <strong>de</strong>l coenzim<br />
NAD, que actua en<br />
l’oxidació <strong>de</strong> glúcids i<br />
Pròtids, i en el coenzim<br />
NADP, que actua en la<br />
fotosíntesi<br />
Forma part <strong>de</strong>l coenzim-A,<br />
que actua en el<br />
metabolisme d’àcids<br />
grassos i àcid pirúvic<br />
El fosfat <strong>de</strong> piridoxina és<br />
un coenzim <strong>de</strong>l<br />
metabolisme d’aminoàcids<br />
com el triptòfan<br />
Forma part com a coenzim<br />
d’einzims que tranfereixen<br />
grups CO2<br />
Intervé en la síntesi <strong>de</strong><br />
purines i pirimidines<br />
Intervé com a coenzim<br />
transportant diferents grups<br />
en el metabolisme d’àcids<br />
nucleics i en la formació<br />
<strong>de</strong> glòbuls vermells<br />
Intervé en la síntesi <strong>de</strong><br />
col.lagen<br />
<strong>IES</strong> <strong>Guillem</strong> <strong>Cifre</strong> <strong>de</strong> <strong>Colonya</strong>. BIOLOGIA BATXILLERAT 2. Professor: Bartomeu Vilanova Suau<br />
Dèficit: produeix beri-beri, una<br />
<strong>de</strong>generació <strong>de</strong> les neurones que<br />
provoca <strong>de</strong>bilitat muscular,<br />
insuficiència cardíaca, lentitud<br />
<strong>de</strong> reflexos, baix rendiment<br />
intel·lectual i inapetència.<br />
Dèficit: Dermatitis, lesions als<br />
llavis, la llengua i els ulls.<br />
Aquests trastorns po<strong>de</strong>n<br />
aparèixer <strong>de</strong>sprés <strong>de</strong> tractaments<br />
amb antibiòtics que hagin<br />
<strong>de</strong>struït la flora intestinal que la<br />
produeix.<br />
Dèficit: Pel.lagra o malaltia <strong>de</strong><br />
les tres D: <strong>de</strong>rmtitis (pell aspra i<br />
fosca), diarrea i <strong>de</strong>mència. Pot<br />
ocasionar la mort.<br />
No es coneixen malalties <strong>de</strong><br />
carència en els humans.<br />
Dèficit: Dermatitis seborreica,<br />
amb caiguda <strong>de</strong> pèl, anèmia i<br />
trastorns nerviosos, com ara<br />
alteracions <strong>de</strong> la son, irritabilitat<br />
i vertigen.<br />
Excés: Colvulsions.<br />
Dèficit: Dermatitis, anèmies i<br />
transtorns musculars.<br />
Dèficit: Anèmia<br />
megaloblàstica i<br />
trombocitopènia<br />
Dèficit: Anèmia perniciosa i<br />
transtorns neurològics. Com que<br />
la major part <strong>de</strong>ls vegetals no la<br />
po<strong>de</strong>n sintetitzar.<br />
Dèficit: Escorbut (hemorràgies,<br />
genives sagnants, caiguda <strong>de</strong><br />
<strong>de</strong>nts, trastorns digestius...). Pot<br />
provocar la mort.<br />
21
VITAMINES LIPOSOLUBLES<br />
A<br />
Antixeroftàlmica<br />
Inclou:<br />
- A1, retinol<br />
- A2 (retinal<br />
- A3 <strong>de</strong>rivat<br />
<strong>de</strong> l’A1<br />
D<br />
Engloba diverses<br />
vitamines com :<br />
D2, calciferol<br />
D3, colecalciferol<br />
E<br />
Tocoferol<br />
K<br />
Engloba diferents<br />
vitamines com:<br />
K1 fil.loquinona<br />
K2 menaquinona<br />
22<br />
Vegetals, com la<br />
pastanaga, rics en caroté<br />
(provitamina).<br />
Olis <strong>de</strong> fetge <strong>de</strong> bacallà,<br />
mantega i ous<br />
A partir <strong>de</strong> la insolació que<br />
transforma el 7<strong>de</strong>shidrocolesterol<br />
en<br />
vitamina D3 i l’ergosterol<br />
<strong>de</strong>ls vegetals en vitamina<br />
D2.<br />
Salmó, arenga, ous,<br />
formatge, mantega...<br />
Olis vegetals, ametlles,<br />
avellanes, rovell d’ou, carn,<br />
fetge i peix<br />
K1: Vegetals <strong>de</strong> fulla verda<br />
K2: peix<br />
K3: flora intestinal<br />
K4: sintètica<br />
Protegeix els epitelis.<br />
Necessària per a la vista<br />
Regula l’absorció <strong>de</strong> calci<br />
a l’intestí. Afavoreix la<br />
formació <strong>de</strong>ls ossos<br />
Antioxidant. Impe<strong>de</strong>ix la<br />
<strong>de</strong>strucció <strong>de</strong>ls dobles<br />
enllaços <strong>de</strong>ls àcids grassos<br />
Síntesi <strong>de</strong> protrombina<br />
(precusora <strong>de</strong> la trombina)<br />
necessari en la coagulació<br />
<strong>de</strong> la sang.<br />
<strong>IES</strong> <strong>Guillem</strong> <strong>Cifre</strong> <strong>de</strong> <strong>Colonya</strong>. BIOLOGIA BATXILLERAT 2. Professor: Bartomeu Vilanova Suau<br />
Dèficit: Infeccions <strong>de</strong>ls epitelis.<br />
Xeroftàlmia:<br />
engruiximent i opacitat <strong>de</strong> la<br />
còrnia, pèrdua d’agu<strong>de</strong>sa<br />
visual i ceguesa nocturna.<br />
Excés: Caiguda <strong>de</strong>ls cabells,<br />
<strong>de</strong>bilitat, cefalees i vòmits.<br />
Dèficit: Raquitisme en infants i<br />
osteomalàcia en adults.<br />
Excés: Trastorns digestius,<br />
calcificació d’òrgans com cor,<br />
fetge....<br />
Dèficit: Trastorns intestinals i<br />
<strong>de</strong>bilitat muscular. En<br />
rossegadors provoca esterilitat,<br />
avortaments...<br />
Dèficit: Hemorràgies<br />
No és tòxica en excés.
11 LES HORMONES<br />
Què són les hormones?<br />
Els éssers vius pluricel.lulars necessiten sistemes que regulin i coordinin l’activitat <strong>de</strong> les seves cèl·lules. En<br />
els animals, aquest control l’exerceix el sistema nerviós i les hormones, i en els vegetals, tan sols les<br />
hormones.<br />
Les hormones són substàncies químiques produï<strong>de</strong>s per glàndules endòcrines o <strong>de</strong> secreció interna, ja que<br />
vessen els seus productes (hormones) al medi intern (sang. hemolimfa, saba). Així doncs, les hormones<br />
actuen corn a míssatgers químics.<br />
Mecanisme d’acció<br />
Les hormones únicament actuen sobre un òrgan <strong>de</strong>terminat, anomenat òrgan blanc o òrgan diana, les<br />
cèl·lules <strong>de</strong>l qual són les úniques que tenen a la membrana plasmàtica receptors específics (receptors<br />
hormonals) per a aquelles hormones que po<strong>de</strong>n influir en l’activitat <strong>de</strong> l’òrgan esmentat.<br />
Les hormones són principalment proteïnes o esteroi<strong>de</strong>s, encara que també n’hi ha <strong>de</strong> <strong>de</strong>riva<strong>de</strong>s <strong>de</strong>Is<br />
aminoàcids i, fins i tot, d’àcids grassos.<br />
Les hormones proteïques actuen <strong>de</strong> la següent manera:<br />
- No penetren al medi intern <strong>de</strong> les cèl·lules <strong>de</strong> l’òrgan blanc perquè tenen un pes molecular elevat.<br />
- S’uneixen al seu receptor <strong>de</strong> membrana, indueixen l’activació d’un enzim, l’a<strong>de</strong>nilciclasa, associada<br />
al receptor i situada a la cara interna <strong>de</strong> la membrana.<br />
- L’a<strong>de</strong>nilciclasa catalitza la transformació <strong>de</strong> l’ATP en AMP cíclíc (AMPc)<br />
- L’AMP cíclic actua com a segon missatger, que al seu torn activa una proteïna enzimàtica la cinasa,<br />
- La cinasa indueix la resposta <strong>de</strong> la cèl·lula <strong>de</strong> l’òrgan blanc.<br />
<strong>IES</strong> <strong>Guillem</strong> <strong>Cifre</strong> <strong>de</strong> <strong>Colonya</strong>. BIOLOGIA BATXILLERAT 2. Professor: Bartomeu Vilanova Suau<br />
23
Les hormones esteroi<strong>de</strong>s, actuen <strong>de</strong> la següent manera:<br />
- A causa <strong>de</strong>l baix pes molecular i la liposolubilitat travessen la membrana plasmàtica i es difonen peI<br />
citoplasma.<br />
- S’uneixen als seus receptors específics, que <strong>de</strong>sprés les introduiran al nucli.<br />
- Un cop al nucleoplasma po<strong>de</strong>n <strong>de</strong>sinhibir gens que, com que po<strong>de</strong>n ser transcrits, originen molécules<br />
d’ARNm<br />
- L’ARNm indueix la síntesi <strong>de</strong> proteïnes quan es tradueixen al citoplasma.<br />
Funcions<br />
24<br />
Les hormones exerceixen tres funcions:<br />
1) Estimulen la síntesi <strong>de</strong> <strong>de</strong>termina<strong>de</strong>s substàncies.<br />
2) Regulen el metabolisme cèl.lular<br />
3) Estimulen el creixement i la diferenciació cel·lular<br />
En els animals hi ha una estreta relació entre el sistema nerviós i el sistema hormonal. Hi ha una secreció<br />
endocrina feta per glàndules endòcrines que vessen les hormones pròpiament dites a la sang, i que afecta<br />
el sistema nerviós i una neurosecreció <strong>de</strong> les neurones <strong>de</strong> l’hipotàlem que produeixen neurohormones que<br />
van a parar a la sang, i en la hipòfisi estimulen la producció d’hormones i aquestes <strong>de</strong>sprés estimulen altres<br />
glàndules endòcrines.<br />
<strong>IES</strong> <strong>Guillem</strong> <strong>Cifre</strong> <strong>de</strong> <strong>Colonya</strong>. BIOLOGIA BATXILLERAT 2. Professor: Bartomeu Vilanova Suau
ACTIVITATS.<br />
ACTIVITATS.<br />
Tema Tema Tema 17: 17: El El metabolisme metabolisme cel.lular: cel.lular: Bionergètica<br />
Bionergètica<br />
Bionergètica<br />
QÜEST QÜESTIONS<br />
QÜEST QÜESTIONS<br />
IONS<br />
1) Quina relació hi ha entre la velocitat <strong>de</strong> reacció i la<br />
concentració <strong>de</strong> l’enzim? (en cada corba es duplica). La<br />
concentració <strong>de</strong> substrat és la mateixa en tots dos<br />
casos. Raona la resposta.<br />
2) Quina relació hi ha entre la velocitat <strong>de</strong> reacció i la<br />
concentració <strong>de</strong> substrat (en cada corba es duplica). La<br />
concentració d’enzim és la mateixa en tots els casos.<br />
Raona la resposta.<br />
3) Aquest gràfic correspon a dos enzims que actuen sobre<br />
un mateix substrat. Atès que Km = (E) (S)/(ES), com<br />
més afinitat hi hagi entre l’enzim i el substrat, és a<br />
dir, com més facilitat <strong>de</strong> formar-se ES, menor serà<br />
Km. Digués quin gràfic correspon a l’enzim que<br />
presenta més afinitat.<br />
4) Contesta:<br />
a) Per què augmenta P i disminueix S<br />
b) Per què augmenta E mentre disminueix ES?<br />
c) Per què hi ha una segona escala per indicar les<br />
concentracions <strong>de</strong> E i ES?<br />
5) Quins efectes produeix en els radicals <strong>de</strong> l’enzim el pH <strong>de</strong>l medi perquè sigui més o menys<br />
eficaç?<br />
6) Què succeiria si els enzims es gastessin en les reaccions?<br />
7) Quin avantatge pot tenir que una via metabòlica estigui controlada per un enzim al.lostèric<br />
en lloc d’estar-ho per un no al.lostèric?<br />
8) Quin avantatge pot significar que una reacció estigui controlada per un enzim que presenta<br />
cooperativisme.<br />
<strong>IES</strong> <strong>Guillem</strong> <strong>Cifre</strong> <strong>de</strong> <strong>Colonya</strong>. BIOLOGIA BATXILLERAT 2. Professor: Bartomeu Vilanova Suau<br />
25
9) Per què és important ingerir aliments cruus com verdures, fruites etc? Com ho relaciones amb<br />
l’estructura <strong>de</strong> les vitamines?<br />
10) Per què els animals ens po<strong>de</strong>n servir com a font <strong>de</strong> vitamines si no produeixen vitamines?<br />
11) A quins teixits animals es troben les vitamines liposolubles?<br />
12) Quins són els aliments que contenen més vitamines?<br />
13) Per què els antibiòtics po<strong>de</strong>n produir avitaminosi?<br />
14) Quines característiques tenen les vitamines, la mancaça <strong>de</strong> les quals produeix anèmia?<br />
15) Quines vitamines po<strong>de</strong>n produir hipervitaminosi?<br />
<strong>16</strong>) Quines vitamines estan relaciona<strong>de</strong>s amb a insolació?<br />
17) Per què els esquimals no tenen dèficit <strong>de</strong> vitamina D malgrat l’escassa insolació?<br />
18) Per què són necessaris molts tipus d’enzims i pocs tipus <strong>de</strong> coenzims?<br />
19) Quina vitamina és més eficaç per a tractar una faringitis?<br />
26<br />
AC AC AC TIVITATS TIVITATS COMP COMPLEMENTÀR<strong>IES</strong><br />
COMP COMPLEMENTÀR<strong>IES</strong><br />
LEMENTÀR<strong>IES</strong><br />
INVESTIGA<br />
INVESTIGA<br />
1) Desenvolupa un protocol experimental per <strong>de</strong>mostrar que l’amilasa salival hidrolitza el<br />
midó.<br />
<strong>IES</strong> <strong>Guillem</strong> <strong>Cifre</strong> <strong>de</strong> <strong>Colonya</strong>. BIOLOGIA BATXILLERAT 2. Professor: Bartomeu Vilanova Suau
COMPLEMENTS<br />
COMPLEMENTS<br />
<strong>IES</strong> <strong>Guillem</strong> <strong>Cifre</strong> <strong>de</strong> <strong>Colonya</strong>. BIOLOGIA BATXILLERAT 2. Professor: Bartomeu Vilanova Suau<br />
27
28<br />
<strong>IES</strong> <strong>Guillem</strong> <strong>Cifre</strong> <strong>de</strong> <strong>Colonya</strong>. BIOLOGIA BATXILLERAT 2. Professor: Bartomeu Vilanova Suau