¡Descarga Apunts Bio PA2 y más Apuntes en PDF de Biología solo en Docsity!
1. VISIÓ GENERAL DEL METABOLISME CEL.LULAR
Definició de metabolisme: Conjunt ordenat i regulat de reaccions enzimàtiques que permet als éssers vius obtenir les biomolècules necessàries i l'E lliure per a realitzar les seves funcions
- Síntesi de biomolècules -Transport actiu -Treball mecànic (moviment) Els organismes vius són sistemes oberts i compleixen les lleis de la termodinàmica: “Intercanvien energia i materia amb l'entorn” La vida depèn del flux d'Energia que prové del Sol (només un 1% en serà aprofitada) Donat que les cèls realitzen el metabolisme per si meteixes -> autopoiètiques
Tipus d'organismes
Per a viure necessiten fundamentalment 2 requeriments:
-Energia
-Materia (C) carbonis principalment
Depen de la materia obtinguda es classifiquen segons dos critèris:
-Font d'obtenció d'E química que utilitzen (1)
-Font d'obtenció de la forma química del nutrient C (2)
(1)– Font d'obtenció d'E química:
- Fototròfics: Energia lumínica (Sol) E química
- Quimiotròfics (quimioorganotrófics(orgànics)*animals o quimiolitotròfics(inorg.)):
Compostos químics E química
(2)– Font d'obtencio del C
CO 2 + H 20 Molècules orgàniques complexes
- Heterotròfics: C de la matèria orgànica
CxHy 0 z molècules orgàniques complexes
Tipus d'organismes
segons el seu
metabolisme
Origen de
l'E
Origen del C Exemples
Fotolitòtrofs (Fotoautòtrofs) Llum CO 2 Plantes superiors, algues, cianobacteris, bacteris porprats del sofre i bacteris verds del sofre. Fotoorganòtrofs (fotoheteròtrofs) Llum Orgànic Bacteris porprats no sulfuris Quimiolitòtrofs (quimioautòtrofs) Reaccions químiques CO 2 Bacteris nitrificats i bacteris incolors del sofre Quimioorganòtrofs Reaccions Orgànic Animals, fongs, protozous i molts bacteris
(quimioheteròtrofs) químics
ATP: La moneda d'intercanvi energètic
L'Energia s'emmagatzema de forma temporal en l'ATP (en l'enllaç fosfat)
ATP Hidròlisi ADP + Pi
Endergòniques --> Necessiten E
Exergòniques --> Desprenen E
La síntesi d'ATP es pot fer de dues maneres:
- Fosforilació al nivell de substrat:
Síntesi de l'ATP gràcies a l'E que
s'allibera d'una biomolècula (substrat) quan es trenca algun dels seus enllaços. Enzims
reguladors -> Quinases
- Per mitjà d'enzims del grup de les ATP-sintetases:
ATP-sintetases que es troben a les crestes mitocondrials i als tilacoides, quan un flux de H+
travessa aquests enzims.
Reaccions REDOX: el paper del NAD(dinucleòtid de nicotinamida-adenina)
XH 2 + NAD+^ X + NADH + H+
Coenzims transportadors d'e-: NADP+^ (NADPH), NAD+^ (NADH), FAD+^ (FADH 2 )
-Reaccions d'oxidació: altres molècules guanyen els e- perduts i s redueixen.
-Són simultànies -> sempre que una s'oxida l'altre es redueix
-Intercanvi de H+^ → Oxidació implica pèrdua de protons
Reducció implia guany de protons
NAD+ -> oxidat
NAD
NADH -> reduit
Visió global del metabolisme
Ruta metabòlica: seqüències de reaccions químiques catalitzades per enzims
A E1 B E2 C E3 D E4 E
Metabolits intermediàris metabòlics -> substrat + productes que intervenen en les reaccions
-Digestió extracel.lular (polisacàrids de l'aliments)
Animals: Midó ---(amilases)---> glucosa
Bacteris: Cel.lulsa ---(cel.luloses)--> glucosa
-Digestió intracel.lular (polisacàrids de reserva)
Plantes: Midó ---(midó fosforilasa)--> glucosa
Animals: Glicogen ---(glicogen fosforilasa)--> glucosa
Digestió intra i extracel.lular
triacilglicèrids ---(lipases)---> A.G. + glicerol
Digestió intra i extracel.lular
Proteïnes –(protases)--> aminoàcids
(F2): Transformació de monòmers en intermediaris metabòlics més senzills (Acetil- CoA) Difereix segons el tipus de molècula.
- En totes les rutes la formació es produeix al mitocondri
- Funció de l'Acetil-CoA -> transferència de grups acetil (2C) que entraran a la fase:
➔ Monosacàrids: GLICÒLISI (=lisi de glucosa) es produeix al citosol
Glucosa + 2ADP + 2Pi + 2NAD+
2piruvat + 2ATP + 2NADH + 2H+
Org. Respiratòris: Piruvat (3C) Transformació^ Acetil (2C) (32 ATPs formats) Org. Fermentats: Piruvat (3C) Fermentació^ Lactat (3C) (12 ATPs formats) ➔ Àcids Grassos: β-OXIDACIÓ (es produeix al mitocondri) Palmitat (16C) + 8 CoA + 7FAD + 7NAD+^ 8Acetil-CoA + 7FADH 2 + 7NADH +7H+ El número d'acetils dependrà del número de carbonis de l'A.G. És una reacció que allibera molt d'ATP El rendiment energètic de l'entrada d'un àcid gras en un mitocondri i la seva β-oxidació associat a la respiració (cicle de Krebs + cadena respiratòria) és molt elevat. ➔ Aminoàcids: DESAMINACIÓ (mitocondri) + aprofitament esquelet de C
- Separació dels grups amino. Per mitjà de 2 reaccions succesives: -Transaminació: traspàs del grup amino d'un aa a un α-cetoàcid, que es transformarà en el corresponent aminoàcid. Catalitzat per transaminases (citosol) -Desaminació oxidativa: separació dels grups amino d'un aa, principalment de l'àcid glutàmic, i la seva alliberació al medi aquós com a amoníac. Es regenera l'àcid α-cetoglutàric. Catalitzat per l'enzim glutamat-deshidrogenasa. 2. Transformació de la resta resultant en àcid pirúvic, acetilcoenzim A o en algun compost del cicle de Krebs. La cadena hidrocarbonada serà completament degradada. *Glucogènics: permeten oxidació del grup carbonat (Cicle Krebs) *Cetogènics: formen acetil-CoA i formació d'A.G. *Hi ha aminoàcids que el seu grup intermediari no es pot sintetitzar
Cada una d'aquestes molècules accepta e- de la molècula anterior (es redueix i després els transfereix a la molècula següent) i per això s'oxida. Això és possible perquè els e- sempre passen a ocupar en l'àtom següent una posició més pròxima al nucli, és a dir, de menor energia. ➔ La quimioosmosi: L'Energia perduda pels e- s'utilitza, en tres punts concrets de la cadena, per bombardejar H+ a l'xterior que, en el cas dels mitocondris, els passa de la matriu mitocondrial a l'espai intermembranal. Allà s'acumulen, i quan n'hi ha una elevada concentració, la membrana és incapaç de mantenir aquesta diferència de potencial i els protons tornen a la matriu mitocondrial per mitjà d'uns canals que presenten uns enzims també englobats en la membrana, ATP-sintetases. ➔ La fosforilació oxidativa: les ATP-sintetases estan constituïdes per quatre parts, aquestes es mouen entre si, mentre els protons flueixen pel canal interior. Això provoca canvis en 3 llocs catalítics que produeixen, cada un d'ells, la unió d'una molècula d'ADP i un grup fosfat i generen així una molècula d'ATP.
BALANÇ ENERGÈTIC DEL CATABOLISME PER RESPIRACIÓ DE LA GLUCOSA
Com que entren 2 molècules d'àcid pirúvic s'obtenen 2 ATP (GTP), 8 NADH i 2 FADH2. Aquestes enzims reduïts, quan ingressen a la cadena respiratòria indueixen la sìntesi d'ATP per fosforilació oxidativa. El NADH indueix la síntesi
1NADH --> 2,5ATP
1FADH 2 -->1,5ATP
d'aproximadament uns 3 ATP, i el FADH2, de només 2 ATP, ja que s'incorpora en un lloc que només provoca dos bombejos de protons. 2ATP ----------------------------- 2 ATP ------------------------------------------ 32 o 34 ATP per fosforilació a nivell per fosforilació a nivell fosforilació oxidativa, segons el tipus de de substrat de substrat transport electric des del NADH al citosol Generat de manera directe Segons sistema llançadora per transportar NADH citosòlic al mitocondri (té en conta les 3 etapes → 3era major rendiment) __* EL CATABOLISME PER FERMENTACIÓ Procés catabòlic en el qual no intervé la cadena respiratòria:
- És un procés anaèrobic perquè no pot utilitzar l'aire com a acceptor d'e-
- L'acceptor final d'e-^ i H+^ sempre és un compost orgànic , en comptes de ser una molècula inorgànica. Per aquest motiu, entre els productes finals sempre hi ha algun compost orgànic i és aquest el que caracteritza el tipus de fermentació.
- Només hi ha síntesi d'ATP al substrat perquè no intervenen les ATP-sintetatses. Això explica la baixa producció energètica de les fermentacions. Quan abans de la fermentació hi ha una glicòlisi, en la fermentació s'oxiden els coenzims (NADH + H+) generats en la glicòlisi. Així s'evita el bloqueig de la glicòlisi per manca de coenzims oxidats. COMPARACIÓ DE RESPIRACIÓ AMB FERMENTACIÓ Conceptes considerats Respiració Fermentació Aeròbica Anaeròbica Necessiten 02? Sí No No Substrat que poden oxidar Qualsevol principi inmediat Qualsevol principi inmediat Preferentment glúcids i proteïnes Primer acceptor dels e-^ i de H+
NAD+^ NAD+^ NAD+
Acceptor final dels e-^ i H+^ O 2 Molècules inorgàniques com SO 2 2-,^ NO 3 - , CO 2 , CO 3 2- Molècula orgànica que prové del mateix substrat. Productes en els quals es transformen els acceptors finals H 2 O SH 2 , NO 2 - ,N 2 ,CH 4 Compostos orgànics (etanol, àcid làctic..) Productes en els quals es Generalment CO 2 , o Generalment CO 2 , o Compostos orgànics: àc.
*El poder reductor és utilitzat per reduir el CO2 a una triosa per sintetizar altres molècules (Cicle de Calvin)
CO 2 + 2 H 2 O + LLUM
NADH
ATP
(CH 2 O) + H 2 O + O 2
(F2): Rutes de transformació d'intermediaris simples a monòmers: ➢ GLUCONOGÈNESI --> biosíntesi de la glucosa (citosol) 2 Piruvats + 6 ATP + 2 NADH + 2H+ Glucosa + 2ADP + 6Pi + 2NAD+
➢ SÍNTESI D'ÀCIDS GRASSOS (citosol)
8 Acetil-CoA + 7ATP + 14NADPH --> palmitat(16C) + 7 ADP + 7 PI + 14 NADP+
➢ SÍNTESI D'AMINOÀCIDS (citosol)
1. Addició del grup amino --> Plantes, fongs i bacteris: oxidació de nitrats i nitrits a NH 4 +
Bacteris fixadors del N: N 2 atmosfèric Animals: catabolisme d'aas
- Síntesi de l'esquelet carbonat: ▪ Prové d'intermediaris del cicle de Krebs i la glucòlisi ▪ Els aas s'agrupen en families ▪ Un cop sintetitzat l'esquelet sintetitzen els grups amino (F3): Rutes d'assemblatge de monòmers a polímers Enzims que acoplen els diferents monòmers a polímers de reserva. Són reaccions anabòliques senzilles BIOSÍNTESI de polisacàrids (citosol)
- Cèls vegetals => MIDÓ ( a partir de glucosa) -Cèls animals => GLICOGEN (a partir de glucosa) BIOSÍNTESI de lípids (citosol) -Lípids estructurals --> fosfolípids (glicerol +AG + grup fosfat) -Lípids de reserva --> triacilglicèrid (teixit adipós) *Sí hi ha glucosa en accés es formen A.G. I són emmagatzemats al teixit adipós BIOSÍNTESI de proteïnes (ribosomes) => TRADUCCIÓ
Van fabricar un aparell que simulava les condicions que Oparin i Haldane proposaven, a partir de vapor d'H 2 O, metà, amoníac, H 2 , i descàrregues elèctriques, les quals van obtenir diverses molècules orgàniques, en les quals hi havia 13 aminoàcids. L'experiment va demostrar que les condicions abiòtiques previstes per Oparin i Haldane es podien sintetitzar en les unitats constituents de les proteïnes i a la vegada es va establir la metodologia per que altres investigadors trobèssin altres tipus de biomolècules essencials per la organització de les formes vives. 1.3 Polimerització o autoensamblatge Protocèl•lules --> el model de Sidney W. Fox
- Va realitzar un experiment que també simulava les condicions atmosfèriques de la Terra.
- Va obtenir la síntesis de microesferes fetes de proteïnes, amb l'habilitat de crèixer, d'autoreplicar-se i de realitzar alguns processos químics.
- Va quedar demostrat que els aminoàcids podien formar espontaneament petits pèptids; Aquests podien haver estat estimulats per formar membranes esfèriques tancades --> Microesferes (2)– Evolució prebiòtica 2.1 De la protocèl•lula a la cèl•lula
- Alexandr Oparin proposa per primera vegada la teòria de l'evolució prebiòtica. Els elements primordials de la Terra eren inicialment simples i inorgànics com H 2 O, NH 3 els quals provenien de les numeroses erupcions volcàniques. --> Segons Oparin aquestes molècules es trobaven aïllades protegides en oceans allunyats de la excesiva radiació ultraviolada. --> Van evolucionant en forma de proteïnes, àcids nuclèics i lípids.
- Membranes: una membrana és essencial per seleccionar les substàncies que entren i surten de l'organisme, les cèl•lules se separen del medi exterior degut a una membrana capaç de controlar el pas de les molècules.
- Primera molècula de l'herència: La molècula inicial portadora de l'informació genètica va ser el RNA autocatalític. Era un RNA que tenia múltiples funcions. Aquest va interaccionar entre seqüències de aas i de nucleòtids --> Codi genètic --> Després apareixerà el DNA i substituirà algunes funcions del RNA. Retrovirus: virus que com a genoma tenen RNA, que poden convertir-lo en DNA mitjançant la transcriptasa inversa. = evidència de que l'RNA va ser abans que el DNA.
Avantatge del DNA com a dipositàri: més estable replicació més fàcil (sempre que hi hagin els enzims) Reparar errors de còpia també més fàcil 2.2 Pasos necessàris per a l'aparició de les 1es cèls a partir de substàncies químiques: 1.Formació de molècules orgàniques (HCN, formaldehid,aa, sucres) 2.Formació de polímers (proteïnes, àcids nuclèics, glúcids…) 3.Membrana cel•lular (protocèl•lules – selecció – evolució prebiòtica) 4.Autoreplicació de les 1eres molècules (“Variabilitat i selecció natural”) 5.Interaccions entre molècules diferents. 6.Codi genètic 7.DNA com a principal suport d'informació Els diferents cièntifics no stan d'acord amb l'ordre ni amb les condicions en que es van adonar els esdeveniments, tampoc el protagonisme (qui va ser primer…) => d'una manera o altre es coincideix en que aquests s'han donat. 2.3 - Evolució cel•lular
- Microfòssils de Bitter Springs Chert (Austràlia) Són els més antics que es coneixen; tenen uns 3600 M.a. Pertanyen segurament als Cianobacteris
- Microfòssils de Marbre Blanc (Austràlia) Apareix la necessitat de parts i nutrients d'Energia. 3500 M.a. Presumptament Cianobacteris i bacteris anaeròbics (a l'atmosfera primitiva no hi havia O 2 ) Aquests vivien en ambients extrems buscàven nínxols on poder-se amagar. 2.4 - Dominis d'organismes unicel•lulars BACTERIS ARQUEUS EUCARIOTES =>Mirat del punt de vista genètic separariem bacteris en un domini i arqueus i eucariotes en l'altre. => No es parla de procariotisme ja que no deriven del mateix avantpassat. 2.5 – Estromatòlits -> Trobats a Austràlia
3. Virus i Microorganismes procariotes
- Microorganismes : unitats vives més petites. Ha d'haver-hi un comportiment capaç de poder reparar-se i reproduir-se. Hi ha alguna cèl•lula que s'especialitza (espores). Algunes tenen capacitat de moviment i evolució. Línies evolutives principals (s'han anat evolucionant) --> Bacteris, Arqueus i Eucariotes
- Descoberta dels microorganismes Antony Van Leuwenhoek (1632 – 1723)
- Microscopi
- els microorganismes existeixen Louis Pasteur (1822 – 1895) --> va refutar la teoria de la generació espontànea diguent que els microorganismes tenien “pares”.
- Tècnica estèril
- Poden viure sens O 2
- experiment de Pasteur Robert Koch (1843 – 1910)
- mètode microbiològic i el cultiu de microorganismes
- poden provocar malalties
- Postulats de Koch Martinus Beijerinck (1851 – 1931) i Sergei Winogradsky (1856 – 1953)
- mètodes d'enriquiment
- microorganismes a la natura: agents geoquímics.
- La microobiologia durant el S.XX: utilitats i aplicacions dels organismes 1. Malalties --> identificar noves malalties --> tractament, cura i prevenció 2. Agricultura --> fixació del N 2 (N 2 --> 2NH 3 ) --> ciclació de nutrients 3. Menjar -->preservació de menjar --> fermentacions --> Additius comestibles 4. Energia/Medi ambient --> Biogasoils (CH 4 ) --> bioremediació (oli => CO 2 ) --> mineria mcirobial (CuS => Cu2+^ =>Cu^0 )
5. Biotecnologia --> geneticament modificats (organismes) --> teràpia gènica i producció de fàrmacs (insulina)
- La microbiologia al tombant de segle: la revolució cel•lular ELS PROCARIOTES Diferències entre procariotes i procariotes: Procariotes Eucariotes Mida 0,2 – 2,0 μm 10 – 100 μm Nucli No tenen embolcall nuclear, ni nucleòl Membrana nuclear i nucleòl Orgànuls amb membrana Absents Lisosomes, aparell de Golgi, reticle endoplasmàtic, cloroplasts Flagels Dos blocs de proteïnes Complex; Conjunt de microtúbuls Glicocàlix Present com a càpsula o capa fina Present en cèls que no tenen paret cel•lular Paret Cel•lular Químicament complexa (peptidoglicà ) Sí en tenen, químicament simple Citoplasma No Si Ribosomes Petits (70S) Grans(80S) i petits(70S) Cromosomes Únic cromosoma circular (bacterià) Multiple ADN lineal amb histones Divisió cel•lular Fissió binària Mitosis Reproducció sexual No hi ha meiosis. Només transferència de fragments de DNA Sí que hi ha meiosis i recombinació genètica
- MIDA: Relació superfície/Volum és molt important (com que S2/V3 --> cada cop que augmenta el volum augmenta també la superfície per dos) => Més fàcils de funcionar i més eficient en el metabolisme. Morfologia no esfèrica --> estretegicament més relació superfície volum que els fa més favorables i eficients. Ex: Escherichia Coli (1x3μm) Streptoccocus (0.8μm) Haemophilus (0.25x1.2μm)
5.Bacteris amb gemmes: gemmes, apèndixs, hifes, pedúncles.. Formes rares per tenir una estratègia superfície volum més favorable. 6.Bacteris filamentosos: cada filament es 1 sola cèl•lula En cas d'estar agrupats es podríen arribar a veure al microscopi òptic
- PARET CEL•LULAR (MEMBRANA) membrana citoplasmàtica => ESTEROLS (eucariotes) dónen rigidesa HOPANOIDES (bacteris) dónen rigidesa (no igual que els esterols) FOSFOLÍPIDS (bacteris/eucariotes) --> esters (arqueus) --> éters o isoprèns *No tots els proariotes tenen paret, només membrana (encontes d'hopanoides tnen esterols). Als extrems de les cues (grups metils) creen unions i queden units ajuntants les dues molècules i fomrnat-ne una de sola => els arqueus viuen en ambients extrems per tant la monocapa ha de ser més consistent que la bicapa. 2.1 Paret bacteriana; 2 models bàsics en l'estructura: Capa molt gruixuda i Peptidoglicà Capa fina de Peptidoglicà + estructura de membrana externa més complexa, glúcids, polisacàrids.. GRAM-POSITIU GRAM-NEGATIU molta duresa, difícil de trencar… L'espai entre la membrana s'anomena espai periplàsmic.
2.3 Estructura del peptidoglicà: N-acetilglucosamina (NAG) Glúcids: N-acetilmuraina (NAM) Tripèptid (perpendicular als glúcids) aas Cadenes d'aas 2.4 Paret dels arqueus: paret feta únicament de proteïna (capa S)
- Pseudomureïna: semblant a la mureïna però hi ha diferències en els sucres que la formen
- Lipopolisacàrids: acaben donant una estructura rígida com la mureïna però amb una composició diferent.
- Endòspores (r.asexual): Moment en que es detecta que les condicions són afavorables, el procariota comença a crear espores i enzims bàsics per la posteriotat. Pot haver-hi comunicació amb el nucli, però arriba un punt que la cèl.lula deixa de ser funcional i acaba alliberant l'espora.
- Cadascun dels bacteris es forma 1 espora => No tenen funció reproductora sinó de resistència.
- Tenen molta resistència (restes d'espores de molta antiguitat) les quals no van poder germinar.
- Reproducció sexual: (recombinació genètica) Com que els procariotes no tenen meiosis, bon desenvolupament mecanismes d'intercanvi de material genètic. (són unidireccionals)
- Transformació: incorporació del DNA lliure del medi
