Bloc 1: Metabolisme

1. Bloc 1: Metabolisme Tema 1: Elsbiocatalitzadors: enzims i cofactors Tema 2: El metabolismeanabòlic Tema 3: El metabolismecatabòlic Realitzat Prof: Albert Batllori

2. Tema 1: Els biocatalitzadors: enzims i cofactors 1.1.Els biocatalitzadors 1.2. Tipus de reaccions químiques cel·lulars 1.3. Els enzims 1.4. Tipus d’enzims 1.5. L’activitat enzimàtica 1.6. Els cofactors i els coenzims

3. 1.1. Els biocatalitzadors Són unes substàncies que augmenten la velocitat (entre 106-1012) d’una reacció química que té lloc en un ésser viu, que, un cop finalitzada, queda intacta. Tema 1: Els Biocatalitzadors: enzims, vitamines i hormones Aquí s’observa l’energia lliure d’una reacció no catalitzada Com treballa un enzim?

4. 1.1. Els biocatalitzadors • Tots: • Disminueixen l’energia d’activació • Disminueixen el temps de reacció • Tenen especificitat d’acció • Molt més eficaços que els químics • Són orgànics Repàsenergia de reacció

5. 1.2. Tipus de reaccions químiques cel·lulars • Des d’un punt de vista energètic es poden dividir en: • Exergòniques: Una vegada finalitzades desprenen energia (ATP). Són catabòliques o de degradació i es produeixen de forma espontània. Tipus de reaccions i energia

6. 1.2. Tipus de reaccions químiques cel·lulars • L’ATP pot viatjar lliurement pel citoplasma i nucli. • Síntesis: • A nivell de substract • Fosforilació oxidativa • c) Fotofosforilació

7. 1.2. Tipus de reaccions químiques cel·lulars * Endergòniques: necesiten d’una prèvia hidròlisi d’ATP. Són de síntesi o anabòliques. Activitatenzimanabòlic

8. 1.3. Els enzims • Són proteïnes d’estructura globular que intervenen en les reaccions químiques del metabolisme cel·lular. • Totes les proteïnes tenen el seu origen en el material genètic (cada organisme fabrica els seus propis enzims) • Bacteris: tots els enzims d’una via metabòlica estan en un mateix gen (policistrònic). • Eucariotes: Cada enzim és sintetitzat per un gen (monocistrònic) Lisozima amb el seu substrat Viametabòlica i enzims Gens policistrònicsimonocistrònics

9. 1.3. Els enzims Les molècules orgàniques, amb una estructura interna de carboni, són molt estables i no reaccionen entre elles. Per això necessitem l’activitat enzimàtica Classificació segons el lloc d’acció: * Enzims de membrana: D’origen bacterià, típics de mesosomes o membranes internes: - Enzims mitocondrials (crestes) - Enzims cloroplasmàtics tilacoidals · ATP sintetasa · Citocroms (transportadors e-) · Deshidrogenases del NADH2, etc. * Enzims globulars solubles: actuen en medis fluids (citoplasma, matriu, estroma o en el medi extracel·lular)

10. 1.3. Els enzims Grup transferit Nom sistemàtic: ATP: hexosa fosfotransferasa Acceptor Donador Grup Número sistemàtic Subgrup EC 2.7.1.1 Enzim Enzyme Comission Sub-subgrup Nombre común: Hexokinasa Enzymehexokinasa

11. 1.4. Tipus d’enzims 1. Oxidoreductases Són les que duen a terme l’oxidació o reducció de les substàncies gràcies a la transferència d’electrons o d’àtoms d’hidrogen. Tipus diferents: 1.Deshidrogenases 2. Oxidases 3. Peroxidases 4. Oxigenases 5. Hidroxilases 6. Reductases

12. 1.4. Tipus d’enzims 2. Hidrolases Catalitzen reaccions d’hidròlisi A-B + H2O A-OH + H-B No es solen utilitzar noms sistemàtics en les hidrolases. Moltes d’elles conserven el nom primitiu: Tripsina, Pepsina, Papaina, etc.

13. 1.4. Tipus d’enzims 3. Liases Catalitzen reaccions reversibles d’addicció d’un grup a un doble enllaç: AXB A=B + X - Descarboxilases - Aldolases - Anhidrasa carbònica - Adenilat ciclasa

14. 1.4. Tipus d’enzims 4. Ligases Catalitzen la unió de dos grups químics a expenses de l’hidròlisi d’un enllaç d’alta energia. A + B + ATP A-B + ADP + Pi O bé C + D + ATP C-D + AMP + PPi - Aminoacil-tRNA sintetases - Glutamina sintetasa - Carboxilases

15. 1.4. Tipus d’enzims 5. Isomerases Catalitzen reaccions d’isomerització Algunes reaccions isomeràsiques: - Racemases - Oxidorreductases intramoleculars - Mutases o transferases intramoleculars

16. 1.4. Tipus d’enzims 6. Transferases Catalitzen reaccions de transferència de grups funcionals: A + B-X A-X + B Donador: Acceptor – Grup transferit - transferasa ATP: D-Hexosa Fosfotransferasa Nom comú: hexokinasa 2.1.-.- Grups monocarbonats 2.2.-.- Grups aldehíd o ceto 2.3.-.- Aciltransferases 2.4.-.- Glicosiltransferases 2.5.-.- Alquil- o Ariltransferases 2.6.-.- Grups nitrogenats 2.7.-.- Grups fosfat 2.8.-.- Grups sulfat Grups de transferència

17. 1.5. L’activitat enzimàtica 1. Mecanisme d’acció L’especificitat fa que l’enzim E s’uneixi al substrat S com CLAU-PANY. La unió es realitza en el centre actiu (part de l’estructura terciària proteica) formant-se el complex enzim-substrat. Com l’enzim s’allibera intacte, únicament fa falta una petita quantitat. Hi ha diferències en quan l’especificitat que pot ser molt alta (un enzim únicament actua sobre un substrat) o baixa (actua sobre un conjunt de substrat semblants)

18. 1.5. L’activitat enzimàtica 2. Factors que influeixen en l’activitat enzimàtics a. Concentració d’enzim . v . . . . . . . . . . Els enzims segueixen una cinètica lineal [E]

19. E P E-P E-S 1.5. L’activitat enzimàtica 2. Factors que influeixen en l’activitat enzimàtics S Una cinètica lineal implica un procés regeneratiu, cíclic Cicle catalític d’un enzim

20. 1.5. L’activitat enzimàtica 2. Factors que influeixen en l’activitat enzimàtics b. Concentració de substrat Vmax Km

21. 1.5. L’activitat enzimàtica 2. Factors que influeixen en l’activitat enzimàtics c. pH v pH òptim: punt isoelèctric Això condiciona el lloc on es produeixen les reaccions pH pH de desnaturalització

22. 1.5. L’activitat enzimàtica 2. Factors que influeixen en l’activitat enzimàtics d. Temperatura v Temperatura òptima A determinades temperatures els enllaços que estabilitzen l’estructura terciària es trenquen i canvia la conformació espacial que permet realitzar la funció. Temperatura Tª d’inactivitat per immobilitat molecular Tª de desnaturalització

23. 1.5. L’activitat enzimàtica 3. La inhibició dels enzims Inhibidor: Efector que fa que disminueixi l’activitat enzimàtica, a través d’interaccions amb el centre actiu o altres centres específics (al·lostèrics). Aquesta definició exclou tots aquells agents que inactiven a l’enzim a través de desnaturalitzar la molècula enzimàtica D’aquesta forma, hi haurà dos tipus d’inhibidors: I. Isostèrics: fan la seva acció sobre el centre actiu II. Al·lostèrics: fan la seva acció sobre una altra part de la molècula, causant un canvi conformacional amb repercussió negativa en l’activitat enzimàtica.

24. 1.5. L’activitat enzimàtica 3. La inhibició dels enzims Els inhibidors isostèrics poden ser de dos tipus: 1. Inhibidor reversible: estableix un equilibri amb l’enzim lliure, amb el complex enzim-substrat o amb els dos: E + I EI ESI ES + I 2. Inhibidor irreversible: modifica químicament a l’enzim: E + I E’

25. 1.5. L’activitat enzimàtica 3. La inhibició dels enzims a) Inhibició reversible (a) L’inhibidor es fixa en el centre actiu de l’enzim lliure, impedint la fixació del substrat: Inhibició Competitiva (b) L’inhibidor es fixa a l’enzim independentment de que ho fagi o no el substrat; l’inhibidor, per tant, no impedeix la fixació del substrat a l’enzim, però sí impedeix l’acció catalítica: Inhibició No Competitiva Ex: la reacció succinat fumarat, l’enzim succinat deshidrogenasa és inhibit competitivament per l’oxalacètic Succinat Oxalacetat

26. s s 1.5. L’activitat enzimàtica 3. La inhibició dels enzims c) Inhibició al·lostèrica Processos a nivell cel·lular; regulació d’ajust final de l’activitat enzimàtica, a través d’efectes de retroalimentació (negativa o positiva) Centre actiu Centre actiu CentreAl·lostèric CentreAl·lostèric I Quan l’inhibidor ocupa el centre al·lostèric, té lloc un canvi conformacional en el centre actiu que impedeix la fixació del substrat En absència d’inhibidor, el substrat es fixa normalment al centre actiu Al·losterismeenzimàtic

27. 1.5. L’activitat enzimàtica 3. La inhibició dels enzims c) Inhibició al·lostèrica Ex: Síntesi d’Isoleucina: El producte final de la ruta, Isoleucina, inhibeix al primer enzim de la via, Treonina desaminasa a-cetobutirat Thr Ile Treonina desaminasa Enzima Ruta Inhibidor Glicolisis Fosfofructokinasa ATP Neoglucogénesis FBP fosfatasa AMP Bios. Ács. Grasos AcetilCoA carboxilasa AcilCoA Bios. Colesterol HMGCoA reductasa Colesterol Bios. Purinas PRPP sintetasa AMP,GMP,IMP Inhibicióal·lostèrica

28. 1.6. Els cofactors i els coenzims a). Cofactor inorgànic Els cofactors enzimàtics solen ser molècules complexes, que el nostre organisme no pot sintetitzar, en general. Poden ser ions o molècules orgàniques Per aquesta raó molts cofactors enzimàtics cal que siguin, tot o en part, ingerits amb la dieta; molts d’ells són, en conseqüència, vitamines. Ni tots els cofactors són vitamínics ni totes les vitamines són cofactors enzimàtics

29. 1.6. Els cofactors i els coenzims b). Coenzims Coenzims d’oxidoreducció: transporten àtoms d’hidrogen o electrons. Destaquen: NAD, NADP, FMN, FAD i els citocroms NAD NADP+

30. 1.6. Els cofactors i els coenzims Citocromo C Aquesta molècula està associada a la cadena respiratòria en els mitocondris

31. 1.6. Els cofactors i els coenzims Coenzims de transferència: transporten grups funcionals d’una molècula a l’altra. El Coenzim A transporta grups acil: -CH3-COOH Coenzim A