Catabolisme

Enzims

Metabolisme

Conjunt de processos químics que es produeixen a la cèl·lula, catalitzats per enzims i que tenen com a objectiu l’obtenció de materials i energia per a les diferens funcions vitals.

Vies del metabolisme

El metabolisme pot descompondre’s en dos sèries de reaccions:

• Anabolisme: té com a finalitat l’obtenció de substàncies orgàniques complexes a partir de substàncies més simples amb consum d’energia.

Ex: fotosintesis, sintesis de proteïnes• Catabolisme: conjunt de processos per els que les molècules

complexes són degradades a molècules més simples. Es tracta de processos destructius generadors d’energia.

Ex: glucolisis, respiració cel·lular, fermentacions

Tipus de metabolisme

Per la forma d’obtenir els materials:• autòtrof: aquells organismes que sintetitzen els seus compostos

orgànics fent servir com a font de materials substàncies inorgàniques. (CO2)

ex: vegetals verds i moltes bacteries.• Heteròtrof: aquells organismes que sintetitzen els seus compostos

orgànics fent servir com a font de materials altres substàncies orgàniques.

ex: animals, fongs i moltes bacteries.

Per la forma d’obtenir l’energia:• Fotosintèitcs: fan servir la llum com a font d’energia.

ex: vegetals verds i moltes bacteries.• Quimiosintètics: obtenen l’energia de reaccions químiques

ex: moltes bacteries.

Concepte d’enzim

Els enzims són, generalment, proteïnes o associacions de proteïnes i d’altres molècules orgàniques o inorgàniques que actuen catalitzant els processos químics que es donen en els èssers vius.

Què és catalitzar?

- Accelerar les reaccions- Disminuir l’energia d’activació

Els enzims es recuperen intactes al final del procés. Degut a això es necessiten en molt poques quantitats.

Característiques

• No es consumeixen.• Molt específics.

– Absoluta: sols actúa sobre un substrat. (p.e.:ureasa per a urea)– De grup: reconeix un grup de molècules determinat. (p.e.: glucosidasa sobre glucòsids)– De classe: depèn del tipus d’enllaç, no del tipus de molècula. (pe: fosfatases sobre grup

fosfat)

• Actúen a Temperatura ambient (Tº ésser viu).

• Molt actius.• Pes molecular molt elevat.

En les reaccions químiques catalitzades per enzims que poden discorrer tant en sentit dels productes com dels substractes, és el mateix enzim el que actúa

en ambdos sentits.

En tota reacció catalitzada per un enzim distingirem:

A i B Substractes C i D Productes de la reacció E Enzim

E

A + B C + D

E

- Reaccions exergòniques: desprendiment d’energia calorífica per part de substàncies químiques en reaccionar.

Això fa augmentar la Temperatura medi.

Energia lliure de:

Reactius Productes(subst.reaccionants) (subst. Produïdes)

* Energia que té un sistema per poder realitzar un treball i depèn de l’energia continguda en els enllaços interns de les molècules.

E

Energia d’activacióPerò la reacció NO es fa ESPONTÀNIAMENT. Cal donar Energia per debilitar els enllaços. (pàg.11)

Model comparatiu de la disminució de l’energia d’activació per a l’acció de l’enzim.

Enzim

Substracte

Producte

1) La reacció no es produeix ja que fa falta una energia d’activació per a que transcorreixi espontàniament.

2) L’enzim disminueix o elimina l’energia d’activació necessària i la reacció transcorre espontàniament.

Explicació de la curva de Michaelis-Menten

Gràfica de Michaelis-Menten

Variació de l’activitat enzimàtica amb la concentració de substracte: Aquesta gràfica demostra la formació d’un complexe enzim-substracte

Act

ivit

at e

nzi

màt

ica

Concentració de substracte

Nivell de saturació de l’enzim

Per a poder explicar la gràfica de Michaelis-Menten fem la següent analogia: Suposem que la cèl·lula és una fàbrica de rellotges. En aquesta fàbrica hi ha 40 obrers i cada un pot fabricar un rellotge a la hora (R/h). El departament de subministres proporciona una determinada quantitat de peces per a fer un rellotge (S/h) i els obrers fabriquen els rellotges.

En aquesta analogia, com hauràs pogut deduir, els obrers són els enzims, les peces subministrades els substractes i els rellotges els productes.

Subministre per a fer 4 rellotges a la hora.

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100Subministre de peces per hora (S/h)

Rello

tges

fabri

cats

per

hora

(R

/h)

60

50

40

30

20

10

Suposem ara que la direcció desitgi augmentar la producció i augmenta progressivament el subministre de peces per a fer rellotges (S/h) segons indica a la gràfica.

S/ h R/h

010203040506070

010203040404040

Taula de dades

Gràfica real

Tipologia enzims

• - enzims estrictament proteïcs.• 1 o + cadenes polipeptídiques.

• - holoenzims.• 1 fracció polipeptídica (apoenzim)• 1 fracció no polipeptídica (cofactor)

– Inorgànic: Ió metàl·lic: Mg2+, Zn2+,K+,..– Orgànic: Coenzim: ATP, NAD+, NADP+,CoA…

Mecanisme de l’acció enzimàtica

• Es forma un complexe:

enzim-substracte/s

Enzim-coenzim-substracte/s

* Un sol substrat:

S + E ES EP E + P

* Dos substrats:

A + B + E ABE CDE C+ D + E

(pàg.13 i 14)

Enzima inactiva

substracte

Enzim

productes

Coenzim

Centre actiu

Mecanisme d’actuació enzimàtica:

1) Es forma un complexe: enzim-substracte o substractes.

2) S’uneix el coenzim a aquest complexe.

3) Les restes dels aminoàcids que configuran el centre actiu catalitzen el procés. Per a això debiliten els enllaços necessaris per a que la reacció química es faci a baixa temperatura i no es necessiti una elevada energia d’activació.

4) Els productes de la reacció se separen del centre actiu i l’enzim es recupera intacte per a noves catàlisis.

5) Els coenzims col·laboren en el procés; be aportant energia (ATP), electrons (NADH/NADPH) o en d’altres funcions relacionades amb la catàlisis enzimàtica

• Coenzims:

Són substàncies necessaries en el procés de catalisis enzimàtica.

Mai són proteïnes:

- Transportadors d’electrons (o d’oxidació-reducció):

NAD+/NADH

NADP+/NADPH

FAD+/FADH2

- Transportadors d’energia (o de transferència):

ADP/ATP

GDP/GTP

El NAD+ /NADH i el NADP+/NADPH intervenen en els processos de transferència d’electrons entre una substància que s’oxida: O, a una que es redueix, G.

e-

e-

L’ ADP/ATP és un coenzim que intervé en les transferències d’energia dels processos exergònics als endergònics.

E

E

Factors que condicionen l’activitat enzimàtica

• Temperatura– Compte: desnaturalització (pèrdua estructura terciària)

• pH• Inhibidors

– Irreversible: enverinadors– Reversible:

• Competitiva• No competitiva

• Activadors(pàg.18)

Els enverinadors són substàncies que s’uneixen al centre actiu mitjançant enllaços forts en un procés irreversible, amb el que impedeixen de manera definitiva la catàlisi.

Enzim

envenenador

substracte

enverinadors

Els inhibidors competitius són substàncies, moltes vegades similars químicament als substractes, que s’uneixen al centre actiu impedint amb això que s’uneix el substracte. El procés és reversible i depén de la quantitat de substracte i d’inhibidor, doncs ambdos competeixen per l’enzim.

EnzimEnzima

substracte

inhibidor

Sense inhibidoramb inhibidor

Inhibició competitiva

Els inhibidors no competitius són substàncies que s’uneixen a l’enzim en llocs diferents al centre actiu alterant la conformació de la molècul·la de tal manera que, encara es formi un complexe enzim-substracte, no es produeix la catàlisi. Aquest tipus d’inhibició depèn solsament de la concentració d’inhibidor.

Enzim

substracte

Enzim

No es produeix la catàlisi

inhibidor

Inhibició no competitiva

Sense inhibidor Amb inhibidor

Inhibició

http://bcs.whfreeman.com/thelifewire/content/chp06/0602001.html

Els inhibidors alostèrics s’uneixen a una zona de l’enzima i canvien la configuració del centre actiu de tal manera que impedeixen que el substracte es pugui unir a ell.

substracte

Inhibidor (lligand)

Enzima inactiva

Enzim activa

Inhibició alostèrica

Sense inhibidor

amb inhibidorCentre regulador

Centre actiu

http://bcs.whfreeman.com/thelifewire/content/chp06/0602002.html

Inhibició alostèrica

Els activadors s’uneixen al centre regulador, canvien la configuració del centre actiu, que fins a aquest moment estava inactiu i desencadenen la catàlisi enzimàtica.

activador

Enzima inactiva

substracte

Enzim activa

productes

activadors