Apuntes de biologia para la selectividad año 2021 PDF

Preview

Summary

Download Apuntes de biologia para la selectividad año 2021 PDF

Description

BIOLOGIA SELECTIVIDAD

Tema 1: METABOLISMO 1. CONCEPTO És el conjunt de processos o reaccions químiques que es produeixen a l’interior de la cèl·lula, catalitzades per enzims que tenen com a finalitat l’obtenció de matèries (per créixer)i/o energia (per dur a terme les funcions vitals), aquets processos son necessaris per la nutrició cèl·lula. Aquest conjunt de processos es el que anomenem metabolisme i les diferents reacciones químiques son les rutes o vies metabòliques. Els metabòlits són cadascuna de les substàncies que intervenen en la via o ruta metabòlica. 1.1 Característiques generales - Són de forma seqüencial i coordinada el producte final d’una reacció es el substrat de la següent. Per aquesta raó tb l’anomenem vies metabòliques o rutes. I necessiten un medi aquós per produir-se - Poden ramificar-se - Poden ser convergent o divergents - Són comunes en els essers vius - Hi ha dos tipus les catabòliques y les anabòliques. - Totes les reaccions metabòliques son catalitzades per enzims, cada reacció esta intervinguda per un enzim diferent. 2. DIVERSITAT METABÒLICA // ORGANISMES SEGONS EL SEU METABOLISME Els organismes no es diferencien en la manera de procurar-se compostos inorgànics del mitjà, tots els obtenen d’una manera directa. En canvi, si es diferencuanen com obtindran les substàncies orgàniques TIPO ORGANISMO FOTOAUTOTROFS

FONT ENERGIA Llum solar

FONT DE C Co2

FOTOHETEROTROFS QUIMIOAUTOTROFS QUIMIOHETEROTROFS

Llum solar Redox Redox

Comp. Orgànics Co2 Comp orgànics

ORGANISMES Veg, bacteris fotosintetics cianobacteris Bacteris nitrificants Animals y fongs

Els organismes que obtenen el carboni de matèria inorgànica com pot ser el co2 son els que anomenem Autotrofs, en canvi els que obtenen el co2 de matèria orgànica com les biomolècules que són els que anomenen Heterotrofs. Un altra forma de classificació es la font d’energia si l’extreuen de la llum solar son fotòtrofs i en canvi si l’extreuen de les reaccion d’oxidació reducció (REDOX) són quimiòtrofs. *També es poden classificar en aerobis (si oxigen) o anaerobis (no oxigen) 3. REACCIONS 3.1 Reaccions catabòliques è Reaccions d’oxidació i degradació è Desprenen energia (exotèrmiques) è Trenquen molècules complexes

Trencament de molecules complexes per convertirles en senzilles i obtener energía EXERGÒNIQUES

3.2 Reaccions anabòliques è Reaccions de síntesis i de reducció è Necessiten energia è Parteixen d’un substrat i obtenen diversos productes

Síntesis de molècules orgàniques compostes a partir d’altres biomolècules senzilles, necessiten energia ENDERGÒNIQUES

REACCIONS EXERGÒNIQUES Alliberament d’energia lliure (AG < 0) són reaccions espontànies i el sistema pot realitzar un treball (sistema desprèn o allibera energia a l’exterior)

REACCIONS ENDERGÒNIQUES S’absorbeix energia lliure de l’ambient (AG >0). No són espontànies, perquè per iniciar una reacció primer s’ha de subministrar energia per debilitar els enllaços dels reactius i possibilitar la ruptura.

*ESPONTANEITATà les reaccions espontànies son direccionals, la reacció contraria no es produirà mai. 4. ENZIMS Els enzims son proteïnes o associacions de proteïnes y altres molècules orgàniques o inorgàniques, que són biocatalitzadors, es a dir, actuen catalitzant processos químics facilitant les transformacions químiques ja que augmenten considerablement la velocitat de les reaccions que catalitzen y disminueixen l’energia d’activació. Gràcies als enzims tenen lloc els processos biològics, ja que no podem elevar la temperatura per accelerar les reaccions perquè es desnaturalitzarien les nostres proteïnes i moriríem. Els enzims no modifiquen la constant d’equilibri ni tampoc es transformen, es a dir que es recuperen al final del procés intactes. *Son proteïnes globulars solubles en aigua. Els enzims son molt específics. Un enzim pot actuar sobre un substrat o un grup de substrats relacionats (especificitat de substrat) però no sobre uns altres. Altres enzims no obstant això tenen especificat d’acció en realitzar una acció determinada sobre múltiples substrats (lipases hidrolitzen els enllaços ester en els lípids). A causa d’aquesta especificat existeixen en la cèl·lula milers d’enzims diferents.

4.1 Constitució química dels enzims y mètode d’acció Els enzims per lo general són proteics però ni ha de altres que només tenen una part proteica però mes o menys s’assemblen químicament. à Enzims proteic: construït per una o mes cadenes polipeptídiques APOENZIMA: part proteica à Holoenzims COFACTOR: part no proteica. Organica (ions metalics) Inorganica (coenzims, ATP..)

La conformació espacial de substancia o substancies que reaccionaran s’uneixen a l’enzim en una zona anomenada centre actiu i són les interaccions químiques entre els aa presents en aquesta zona i el substrat els responsables de la transformació, ja que aquesta interacció produeixen moviments en els electrons i debiliten alguns enllaços afavorint la formació d’uns altres. Molts enzims precisen per la seva activació la presencia d’altres substancies no proteiques com son els cofactors que com ja s’ha dit abans poden ser orgànics o inorgànics. Els enzims els nombrem amb la terminació -asa.

4.2 Vitamines i coenzims Els holoenzims són aquells que a part de tenir la part proteica (aa) consten de parts no proteiques anomenades cofactors. Aquesta part pot ser un ió metàl·lic, una molècula orgànica unida covalentment o una molècula orgànica unida no covalentment (coenzim), per exemple vitamines, NAD, FAD i NAD. Els coenzims, a difèrencia dels enzims, no són específics i sí que es modifiquen durant la reacció que l’enzim catalitza. La funció del coenzims és diversa: alguns ajuden a subjectar el substrat i altres accepten grups químics o grups acetil.

FORMA OXIDADA El NAD, FAD i NADP accepten protons o electrons i, per tat, presenten les seves formes oxidades i reduïdes. Normalment transporten aquests electrons d’unes molècules (substrat) a unes altres.

FORMA REDUÏDA

NAD + 2H

NADH +H

FAD + 2H

FADH2

NADP + 2H

NADPH + H

4.3 Els enzims al·lostèrics Els enzims al·lostèrics consten de més d’una subunitat cadascuna de les quals presenta un centre regulador (que pot activar-se o inhibir-se) i un centre actiu. La unió de l’activador a una subunitat immediatament activa a la resta de subunitats (existeix un cooperativisme)

4.4 Substancies que trobem en reaccions enzimàtiques -

Substancies que actuen com a vectors en reaccions amb transferència d’energia.

Aquestes substancies actuen captant o atrapant l’energia en processos químics on es produeix y donant-li a les reaccions que ho necessiten. En general es tracta de nucleòtids o derivats de nucleòtids. Com xex: el ATP i ADP -

Coenzims que intervenen en reaccions en les que hi ha transferència d’electrons

Aquestes molècules en el seu estat oxidat, capten electrons de substancies que s’oxiden reduint-se i els cedeix a aquelles que es redueixen, oxidant-se. NAD/NADH – NADP/ NADPH – FAD/FADH2 -

Coenzims que intervenen com transportadors de grups acilo

Coenzim A, es una estructura complexa.

4.5 Factors que condicionen l’activitat enzimàtica ACTIVITAT ENZIMATICA: per a que una reacció es produeixi cal dotar el substrat d’una certa energia per a que arribi a l’estat de transició. Els enzims acceleren les reaccions perquè disminueixen l’energia necessària per arribar a l’estat de transició (energia d’activació). Els enzims com son substancies proteiques es veuen determinats per factors físics i químics: -

Temperatura, es desnaturalitzen a temperatures elevades pH: pot alterar l’estructura del centre actiu ja que pot influir en les carregues elèctriques Inhibidors: determinades substàncies podran actuar sobre els enzims disminuït o impedint la seva acció. Es tracta de molècules que s’uneixen a l’enzim impedint que aquest actuï sobre el substrat . Si l’inhibidor s’uneix al centre actiu de l’enzim direm que es tracta d’una inhibició competitiva. Si l’inhibidor s’uneix en un punt diferent com el centre regulador, però amb la seva actuació modifica el centre actiu i impedeix la unió substrat direm que es tracta d’una inhibició no competitiva.

4.6 Inhibidors enzimàtics Un inhibidor és una molècula que s’uneis a l’enzim i disminueix o anul·la la seva activitat enzimàtica. Hi ha dos tipus: -

Inhibidors irreversibles o verins enzimàtics: substàncies que s’uneixen al centre actiu de l’enzim i el modifiquen permanentment Inhibidors reversibles: no s’uneixen de froma permanent al centre actiu o no l’alteren permanentment. Poden ser competitius si competeixen per unir-se al centre actiu o no competitius si no s’uneixen al mateix lloc (però quan ho fa, modifca el centre actiu i no permet la unió del substrat). També poden inhibir un cop ja s’ha fixat el substrat, no deixant-lo alliberar-se.

4.7 Regulació enzimàtica Per aturar o afavorir la síntesis d’un producte, es pot recórrer a diversos mètodes: -

-

Repressió o activació de l’expressió de gens que codifiquen els enzims: impedeix o permet que se sintetitzin els enzims que intervenen en la ruta que forma un producte Feedback o retreoalimentació: consisteix a utilitzar el producte final de la ruta com a inhibidor del primer enzim.

4.8 Resum o coses que s’han de saber -

-

Es necessita una quantitat d’enzims molt petita, ja que no es consumeixen durant la reacció i es recuperen intactes Centre actiu o catalític: cavitat de l’enzim amb una distribució de càrregues que és complementària a la d’una part del substrat al qual s’uneixen Ajustament induït: reajustament de les càrregues de l’enzim i el substrat després d’haver-se produït un primer contacte Complex enzim-substrat (ES): complex que forma la unió de l’enzim, al substrat gràcies a uns aminoàcids que fixen el substrat i altres amb capacitat catalítica que reaccionen amb ell (el modifiquen o el trenquen): Complex enzim-producte: complex ES un cop es modifica el substrat i l’enzim se separa del producte. Molts enzims necessiten vitamines o metalls per poder funcionar correctament (coenzims) Nomes poden accelerar reaccions espontànies

-

4.9 Classificació dels enzims Hidrolases: trenquen molècules ficant pel mig una d’aigua Isomerases: converteixen un isòmer en un altre Lligases: uneixen molecules Liases: catalitzen pèrdues de grups químics Oxidoreductases: catalitzen reaccions redox Transferases: traspassen un grup d’una molècula a una altra

-

4.10

Catàlisis enzimàtica

5. L’ATP, aspectes energètics del metabolisme L’ATP és una forma d’emmagatzemar energia d’us immediat, si es vol fer a llarg termini, cal que se sintetitzin lípids o glúcids. L’energia que s’allibera a les oxidacions biològiques que tenen llos als éssers vius s’allibera poc a poc i s’emmagatzema formant enllaços entre un grup fosfat P i una molecula d’adenosina (ADP). Si s’alliberés de cop la temperatura corporal s’elevaria exponencialment i les proteïnes es desnaturalitzarien. ADP + Pi + 7,3 kcal/mol à ATP

6. CATABOLISME El catabolisme és el conjunt de reaccions gràcies a les quals es trenquen les molècules per tal d’obtenir energia i matèria. Aquesta energia s’emmagatzema a l’ATP per a un ús immediat, en forma de glúcids (Mido en vegetals i glicogen en animals= o en forma de lípids. La diferència entre emmagatzemar energia com a lípid o com a glúcid és que en els lípids s’emmagatzema més calories en menys espai. L’avantatge d’obtenir l’energia dels glúcids és que no generen compostos tòxics. Les vies catabòliques s’encarreguen d’alliberar energia amb la transformació de cèl·lules orgàniques en molècules més senzilles. Aquesta oxidació es exergònica (allibera energia). Energia utilitzada per la cèl·lula, es produeixen degradacions oxidatives, al trencar-se es enllaços s’obté la seva energia química i es guarda en forma d’ATP (que serà utilitzat en l’anabolisme). El catabolisme te poder reductor, com son oxidacions, s’alliberen protons (H+) que s’emmagatzema en molècules transportadores d’hidrogen (NAD, FAD, NADP) que posteriorment ho cedeixen en els processos de reducció de l’anabolisme.

TIPUS DE CATABOLISME Per RESPIRACIÓ (amb cadena de trasnport d’electrons) -

Aeròbia à l’aceptor final d’electrons de la cadena és lòxigen Anaeròbia à l’acceptor final d’electrons de la cadena es una molecula diferent a l’oxigen.

Per FERMENTACIÓ (sense cadena de transport d’electrons ) -

Làctica Alcohòlica Butírica Putrefaccions

L’acceptor final d’electrons de la cadena és una molécula orgánica

6.1 CATABOLISME DELS GLÚCIDS Majoritàriament, les cèl·lules utilitzen la glucosa coma a font d’energia. La resta de glúcids que s’ingereixen són convertits en glucosa (el glicogen i la sacarosa per exemple, per hidròlisis). Hi ha dues formes bàsiques ‘obtenir energia de la glucosa: la fermentació (anaeròbia) i la respiració aeròbia de la glucosa. -

FERMENTACIÓ: és més ràpida però menys eficaç, només s’obtenen 2ATP perquè el producte final per cada glucosa encara emmagatzema energia. Els seus productes finals són molècules orgàniques com ara l’àcid làctic, etanol.. És anaeròbia (no utilitza O2) RESPIRACIÓ: és més lenta però més eficaç s’obtenen 38 ATP per cada molècula de glucosa. El seu producte final és el CO2 i és aeròbia (requereix O2)

-

RESPIRACIÓ AERÒBIA 1.

GLICOGÈNOLISI

Dos enzims s’encarreguen de trencar el glicogen per transformar-lo en glucosa. En aqueta fase trobem un control hormonal per saber la quantitat de glucosa que tenim al cos, si hi ha poca la insulina i el glucagó s’encarreguen de portar-nos a nivells normals. CITOSOL o CITOPLASMA. 2. GLUCÒLISI Degradació parcial de la glucosa. El producte final (piruvat) encara emmagatzema energia. Esdevé sobretot a cèl·lules sense mitocondris (eritròcits i bacteris). Té dos etapes de cinc reaccions. à Fosfatació de la glucosa: l’activació de la glucosa, gràcies a dos fosfats amb 1ATP que quan sigui fructosa es convertirà en ADP à Hidròlisi (trencament de la fructosa): la fructosa es separa en dues molècules, convertint-se en una molècula de gliceraldehid. à Síntesis ATP i NADH: aquesta consisteix en obtenir energia ATP i poder reductor (NADH) i obtenim dos molècules de piruvat

Reacció global

Balanç energètic

1 glu + 2ADP + 2Pi + 2NAD

2 piruvat + 2ATP + 2NADH + 2H + 2H2O

(1 NADH à 3 ATP) 2 NADH à 6 ATP + 2ATP = 8 ATP

* aquesta via te lloc al CITOSOL o CITOPLASMA

3. DESCARBOXILACIÓ OXIDATIVA O REACCIÓ D’ENLLAÇ DEL PIRUVAT Es una ruta irreversible gràcies a la qual una molècula de piruvat es converteix en un Acetil-CoA i una de CO2 . Està catalitzada per piruvat deshidrogenasa. El coenzim A (CoA) trasnrpota grups acetil i participa en aquesta reacció. Piruvat deshidrogenasa

Reacció global

Piruvat + 1 NAD

COA-SAH

Balanç energètic

Acetil COA + CO2 + 1 NADH + 1H

SH

Per cada piruvat s’obté 1NADH *Aquesta reacció te lloc a la matriu mitocondrial

4. CICLE DE KREBS o CICLE DELS ÀCIDS TRICARBOXÍLICS És un conjunt de 8 reaccions cícliques. A cada volta s’incorpora un acetil s un oxalacetat (4C) i forma una molècula de citrat (6C). Posteriorment es perdran dos àtoms de carboni en forma de dues molècules de CO2, regenerant així l’oxalacetat. El grup carboxil és transportat pel coenzim A, el qual pot tornar a utilitzar-se un cop queda lliure. La oxidació del grup acetil allibera electrons que permeten reduir el NAD i el FAD obtenint 3 NADH i 1FADH2 per cada acetil. A més a més s’allibera energia suficient per formar un GTP (equivalent a un ATP). El cicle s’aturaria si les formes oxidades NAD i FAD no es regeneressin.

Reacció global Acetil COA + 3NAD + 1FAD + 1GDP + 1Pi + 2H2O

Balanç energètic

CoASH + 3NADH +3H + 1FADH2 + 1GTP

Per cada acetil s’obtenen 3 NADH 1FADH2 i 1GTP

* Aquesta reacció es fa a la matriu mitocondrial

5. CADENA DE TRASNPORT D’ELECTRONS O CADENA RESPIRATÒRIA I FOSFORILACIÓ OXIDATIVA Aquesta via te com a finalitat l’oxidació de NADH y FADH2 perquè puguin tornar a ser utilitzats i fer servir l’energia que contenen per sintetitzar ATP. Això succeeix dins les crestes mitocondrials. 1. Entra en una proteïna canal NADH deixant anar un H a l’espai intramembranos i un NAD a la matriu. L’electró és transportat a la següent proteïna canal 3 i 4 on entren 2 i surten 2H a l’espai intermembranos. Per útil a traves d’una proteïna mòbil, és transporta l’electró fins la proteïna canal per on surt aquest i es forma un H2O. 2. La segona fase comença a la segona proteïna, en la mòbil on entra un FADH2, aquesta transporta els electrons a les proteïnes canal on extrau 2h al espai intramembranos. Per últim entra l’electró a la proteïna mòbil fins arribar a la proteïna canal on surt l’electró i es junta amb l’O2 per formar H20. 3. ATP sintetasa, entren hidrògens i es formen ATP, per cada dos electrons es forma 1 ATP. És un conjunt de complexos enzimàtics gràcies als quals s’oxiden totalment els NADH i FADH2 provinents de les diferents reaccions metabòliques. La seva finalitat és regenerar les formes oxidades de NAD+ i FAD i obtenir energia en forma d’ATP (fosforilacióJ oxidativa). Aquests complexos es troben ordenats a la membrana en ordre decreixent de potencial redox, de manera que, quan es transporten electrons des del primer complex (NAD-deshidrogenasa) fins a l’últim, s’allibera energia suficient com per formar ATP en tres punts. Ara bé, l’obtencióJ d’ATP no és directa, sinó que, segons la teoria quimiosmàtica, l’energia que s’allibera serveix per bombejar protons contra gradient de la matriu mitocondrial a l’espai inter- membranós. Posteriorment, aquests protons retornaran a la matriu a favor de gradient a través d’una ATPsintetasa que sintetitza ATP. El NADH penetra a nivell del primer complex, aprofita els tres punts on s’allibera suficient energia i forma els 3 ATP. En canvi, el FADH2 s’incorpora al segon complex enzimàtic (ubiquinona o coenzim Q) i només permet la síntesi de 2 ATP. El transport d’electrons d’un complex a un altre esdevé mitjançant reaccions redox fins que, al final, els electrons són acceptats per l’oxigen. Cada quatre electrons es redueix una molècula d’O2 i es formen dues d’H2O.

L’obtenció ATP en una cèl·lula pot realitzar-se de 3 maneres: -

Fosforilació oxidativa: de la forma associada a la cadena de transport d’electrons, gràcies a l’ATP sintetasa Fotofosforilació: a la fotosíntesi Fosforilació a nivell de substrat: obtenció d’ATP en una reacció diferent a la fotosíntesi i la cadena de transport d’electrons

BALANÇ ENERGÈTIC D’UNA MOLÈCULA DE GLUCOSA C6H12O6 + 6 O2 + 38 ADP + 38 Pi

6 CO2 + 6H2O + 38 ATP

• • •

Glucolisi à 8 ATP Enlaç à 2 NAD = 6 ATP Krebs x2 à 24 ATP

38 ATP

6. FERMENTACIÓ Són degradacions parcials de compostos orgànics en les quals només s’obtenen 2 ATP. Inclou com a fase prèvia la glicòlisi i com a segona fase la fermentació , fase on es regenera el NAD. Es una via anaeròbica és a dir, no utilitza O2. S’utilitza en situacions d’alta demanda d’energia com l’exercici explosiu en cèl·lules musculars o cèl·lules que no tenen mitocòndria com els glòbuls vermells. En funció del producte final podem distingir diferents tipus de fermentacions: -

Fermentació làctica la fan bacteris (Lactobacillus i Streptoccus) i la majoria de les cèl·lules humanes, en especial les que no tenen mitocondris (eritròcits) i les cèl·lules musculars quan no tenen suficient aportament d’oxigen. Les neurones no la fan. Aquesta via es parcial perquè no oxida del tot el producte, gasta molta glucosa i dura poc temps però obtenim energia de forma ra...