- funcions
- processos catabòlics
- El cicle de la urea
- El cicle de Krebs o cicle de l'àcid cítric
- la glicòlisi
- La fosforilació oxidativa
- β-oxidació dels àcids grassos
- Regulació de l'catabolisme
- el cortisol
- la insulina
- Diferències amb anabolisme
- Síntesi i degradació de molècules
- Utilització de l'energia
- referències
El catabolisme engloba totes les reaccions de degradació de substàncies en l'organisme. A més de "desintegrar" els components de les biomolècules en les seves unitats més petites, les reaccions catabòliques produeixen energia, principalment en forma d'ATP.
Les rutes catabòliques s'encarreguen de degradar les molècules que provenen dels aliments: carbohidrats, proteïnes i lípids. Durant el procés, l'energia química continguda en els enllaços és alliberada per ser usada en les activitats cel·lulars que ho requereixin.
Font: By EsquemaCatabolismo.svg: myself; La correcció de of small mistakes: Basquetteurderivative work: Gustavocarra (EsquemaCatabolismo.svg), via Wikimedia Commons
Alguns exemples de rutes catabòliques molt conegudes són: el cicle de Krebs, la beta oxidació dels àcids grassos, la glicòlisi i la fosforilació oxidativa.
Les molècules simples produïdes pel catabolisme són usades per la cèl·lula per construir els elements necessaris, usant a més l'energia proporcionada pel mateix procés. Aquesta via de síntesi és l'antagonista de l'catabolisme i s'anomena anabolisme.
El metabolisme d'un organisme engloba tant les reaccions de síntesi com les de degradació, que ocorren de manera simultània i controlada dins de la cèl·lula.
funcions
El catabolisme té com a objectiu principal oxidar els nutrients que l'organisme fa servir com a "combustible", cridés carbohidrats, proteïnes i greixos. La degradació d'aquestes biomolècules genera energia i productes de rebuig, principalment el diòxid de carboni i l'aigua.
En el catabolisme participen una sèrie d'enzims, les quals són proteïnes encarregades d'accelerar la velocitat de les reaccions químiques que ocorren en la cèl·lula.
Les substàncies de combustibles són els aliments que consumim diàriament. La nostra dieta es compon de proteïnes, carbohidrats i greixos que són degradades per vies catabòliques. El cos fa servir preferentment els greixos i els carbohidrats, encara que en situacions d'escassetat pot recórrer a la degradació de les proteïnes.
L'energia extreta pel catabolisme es troba continguda en els enllaços químics de les biomolècules esmentades.
Quan estem consumint qualsevol aliment, el masteguem perquè sigui més senzill de digerir. Aquest procés és anàleg a l'catabolisme, on el cos s'encarrega de "digerir" les partícules a nivell microscòpic perquè siguin aprofitades per les rutes de síntesi o anabòliques.
processos catabòlics
Les rutes o vies catabòliques inclouen tots els processos de degradació de substàncies. Podem distingir tres etapes en el procés:
- Les diferents biomolècules trobades en la cèl·lula (hidrats de carboni, greixos i proteïnes) es degraden en les unitats fonamentals que les constitueixen (sucres, àcids grassos i aminoàcids, respectivament).
- Els productes de l'etapa I passen a constituents més senzills, que convergeixen en un intermediari comú anomenat acetil-CoA.
- Per última, aquest compost ingressa en el cicle de Krebs, on continua la seva oxidació fins retre molècules de diòxid de carboni i d'aigua - les molècules finals obtingudes en qualsevol reacció catabòlica.
Dins de les més destacades hi ha el cicle de la urea, el cicle de Krebs, la glicòlisi, la fosforilació oxidativa i la beta oxidació dels àcids grassos. A continuació descriurem cadascuna de les rutes esmentades:
El cicle de la urea
El cicle d'urea és una via catabòlica que ocorre en les mitocòndries i en el citosol de les cèl·lules de fetge. S'encarrega de el processament dels derivats de les proteïnes i el producte final de la mateixa és la urea.
El cicle comença amb l'entrada del primer grup amino provinent de la matriu del mitocondri, encara que també pot ingressar a l'fetge per l'intestí.
La primera reacció involucra el pas d'ATP, ions bicarbonat (HCO 3 -) i amoni (NH 4 +) en carbomoil fosfat, ADP i P i. El segon pas consisteix en la unió de l'carbomoil fosfat i l'ornitina per rendir una molècula d'citrulina i P i. Aquestes reaccions tenen lloc en la matriu mitocondrial.
El cicle continua al citosol, on la citrulina i l'aspartat es condensen juntament amb l'ATP per generar argininosuccinato, AMP i PP i. El argininosuccinato passa a arginina i fumarat. L'aminoàcid arginina es combina amb l'aigua per donar ornitina i, finalment, urea.
Aquest cicle es troba interconnectat amb el cicle de Krebs perquè el metabòlit fumarat participa a les dues vies metabòliques. No obstant això, cada cicle actua de manera independent.
Les patalogías clíniques relacionades amb aquesta via impedeixen a l'pacient portar una dieta rica en proteïnes.
El cicle de Krebs o cicle de l'àcid cítric
El cicle de Krebs és una via que participa en la respiració cel·lular de tots els organismes. Espacialment, ocorre en el mitocondri dels organismes eucariotes.
El precursor de l'cicle és un molècula anomenada acetil coenzim A, que es condensa amb una molècula d'oxaloacetato. Aquesta unió genera un compost de sis carbonis. A cada revolució, el cicle rendeix dues molècules de diòxid de carboni i una molècula d'oxaloacetato.
El cicle comença amb una reacció d'isomerització catalitzada per l'aconitasa, on el citrat passa a cis-aconitato i aigua. De la mateixa manera, l'aconitasa catalitza el pas de cis-aconitato en isocitrat.
L'isocitrat és oxidat a oxalosuccinato per la isocitrat deshidrogenasa. Aquesta molècula és descarboxilada en alfa-cetoglutarato pel mateix enzim, isocitrat deshidrogenasa. L'alfa-cetoglutarato passa a succinil-CoA per acció de l'alfa-cetoglutarato deshidrogenasa.
El succinil-CoA passa a succinat, el qual és oxidat a fumarat per la succinat deshidrogenasa. Successivament el fumarat passa a l-malat i finalment el l-malat passa a oxalacetat.
El cicle es pot resumir en la següent equació: Acetil-CoA + 3 NAD + + FAD + GDP + Pi + 2 H 2 O → CoA-SH + 3 (NADH + H +) + FADH 2 + GTP + 2 CO 2.
la glicòlisi
La glicòlisi, també anomenada glucòlisi, és una via crucial que està present virtualment en tots els organismes vius, des dels bacteris microscòpiques fins als grans mamífers. La ruta consisteix en 10 reaccions enzimàtica que degraden la glucosa fins l'àcid pirúvic.
El procés s'inicia amb la fosforilació de la molècula de glucosa per l'enzim hexoquinasa. La idea d'aquest pas és "activar" a la glucosa i atrapar-dins de la cèl·lula, ja que la glucosa-6-fosfat no posseeix un transportador pel que pugui escapolir-se.
La glucosa-6-fosfat isomerasa pren la glucosa-6-fosfat i la reordenació en el seu isòmer fructosa-6-fosfat. El tercer pas és catalitzat per la fosfofructoquinasa i el producte és la fructosa-1,6-bifosfat.
Després, la aldolasa s'escindeix el compost anterior en dihidroxiacetona fosfat i gliceraldehid-3-fosfat. Hi ha un equilibri entre aquests dos compostos catalitzat per la triosa fosfat isomerasa.
L'enzim gliceraldehid-3-fosfat deshidrogenasa produeix 1,3-bifosfoglicerato que és convertit en 3-fosfoglicerat en el pas següent per la fosfoglicerat quinasa. La fosfoglicerat mutasa canvia la posició de l'carboni i rendeix 2-fosfoglicerat.
La enolasa pren aquest últim metabòlit i el converteix en fosfoenolpiruvat. L'últim pas de la via és catalitzat per la piruvat quinasa i el producte final és el piruvat.
La fosforilació oxidativa
La fosforilació oxidativa és un procés de formació d'ATP gràcies a la transferència d'electrons des del NADH o el FADH 2 fins l'oxigen i constitueix l'últim pas dels processos de respiració cel·lular. Ocorre en el mitocondri i és la font principal de molècules d'ATP en els organismes amb respiració aeròbica.
La seva importància és innegable, ja que 26 de 30 molècules d'ATP que són generades com a producte de l'oxidació completa de la glucosa fins aigua i diòxid de carboni ocorren per la fosforilació oxidativa.
Conceptualment, la fosforilació oxidativa s'acobla l'oxidació i la síntesi d'ATP amb un flux de protons a través de el sistema de membranes.
Així, el NADH o el FADH 2 generats en diferents rutes, es digui glucòlisi o oxidació dels àcids grassos és usada per reduir l'oxigen i, l'energia lliure que es genera en el procés és usada per a la síntesi d'ATP.
β-oxidació dels àcids grassos
La β-oxidació és un conjunt de reaccions que permeten l'oxidació dels àcids grassos per produir quantitats elevades d'energia.
El procés involucra l'alliberament periòdica de regions de l'àcid gras de dos àtoms de carboni per reacció fins degradar-se completament a l'àcid gras. El producte final són molècules d'acetil-CoA que poden ingressar a el cicle de Krebs per oxidar totalment.
Abans de l'oxidació, l'àcid gras ha de ser activat, on s'uneix a la coenzim A. El transportador carnitina s'encarrega de translocar les molècules a la matriu del mitocondri.
Després d'aquests passos previs, comença la β-oxidació pròpiament dita amb els processos d'oxidació, hidratació, oxidació per NAD + i la Tiólisis.
Regulació de l'catabolisme
Hi ha d'haver una sèrie de processos que regulin les diferents reaccions enzimàtiques, ja que aquestes no poden treballar tot el temps a la seva màxima velocitat. Així, les vies de l'metabolisme estan regulades per una sèrie de factors que inclouen hormones, controls neuronals, disponibilitat de substrat i modificació enzimàtica.
En tota ruta ha d'existir com a mínim una reacció irreversible (és a dir, que es dóna en un sol sentit) i que dirigeix la velocitat de tota la via. Això permet que les reaccions estiguin treballant a la velocitat requerida per la cèl·lula i eviten que les vies de síntesi i degradació treballin a el mateix temps.
Les hormones són substàncies particularment importants que actuen com a missatgers químics. Aquestes són sintetitzades en les diverses glàndules endrocrinas i alliberades a el torrent sanguini perquè actuïn. Alguns exemples són:
el cortisol
El cortisol actua disminuint els processos de síntesi i augmentant les vies catabòliques en el múscul. Aquest efecte ocorre per l'alliberament d'aminoàcids a l'torrent sanguini.
la insulina
En contrast, hi ha hormones que tenen l'efecte contrari i disminueixen el catabolisme. La insulina s'encarrega d'augmentar la síntesi de proteïnes i a el mateix temps disminueix el catabolisme de les mateixes. En aquest esdeveniment augmenta la proteòlisi, que facilita la sortida d'aminoàcids fins al múscul.
Diferències amb anabolisme
El anabolisme i el catabolisme són processos antagònics que comprenen la totalitat de reaccions metabòliques que tenen lloc en un organisme.
Tots dos processos requereixen de múltiples reaccions química catalitzades per enzims i estan sota un estricte control hormonal capaç de desencadenar o alentir certes reaccions. No obstant això, difereixen en els següents aspectes fonamentals:
Síntesi i degradació de molècules
L'anabolisme comprèn les reaccions de síntesi mentre que el catabolisme s'encarrega de la degradació de molècules. Encara que aquests processos són inversos, estan connectats en el delicat equilibri de l'metabolisme.
Es diu que el anabolisme és un procés divergent, ja que pren compostos senzills i els transforma en compostos més grans. Contràriament a l'catabolisme, que es classifica com a procés convergent, per l'obtenció de molècules petites com el diòxid de carboni, l'amoníac i l'aigua, a partir de molècules grans.
Les diferents vies catabòliques prenen les macromolècules que formen els aliments i les redueixen als seus constituents més petits. Les rutes anabòliques, per la seva banda, són capaços de prendre aquestes unitats i construir novament molècules més elaborades.
En altres paraules, l'organisme ha de "canviar la configuració" dels elements que componen els aliments perquè siguin utilitzades en els processos que requereixi.
El procés és anàleg a l'popular joc de llecs, on els constituents principals poden formar diferents estructures amb una àmplia varietat d'arranjaments espacials.
Utilització de l'energia
El catabolisme s'encarrega d'extreure l'energia continguda en els enllaços químics dels aliments, per això el seu objectiu principal és la generació d'energia. Aquesta degradació passa, en la majoria dels casos, per reaccions oxidatives.
No obstant això, no és estrany que les rutes catabòliques requereixin afegir energia en els seus passos inicials, com ho vam veure en la via glicolítica, que necessita de la inversió dels molècules d'ATP.
D'altra banda, el anabolisme s'encarrega d'afegir l'energia lliure produïda en el catabolisme per aconseguir l'acoblament dels compostos d'interès. Tant el anabolisme com el catabolisme ocorren de manera constant i simultània en la cèl·lula.
Generalment, l'ATP és la molècula usada per transferir l'energia. Aquest pot difondre a les zones on és requerit i a l'hidrolitzar s'allibera l'energia química continguda en la molècula. De la mateixa manera, l'energia pot ser transportada com àtoms d'hidrogen o electrons.
Aquestes molècules són anomenades coenzims i inclouen a l'NADP, NADPH i FMNH 2. Actuen mitjançant reaccions de reducció. A més, poden transferir la capacitat reductora en ATP.
referències
- Chan, YK, Ng, KP, & Sim, DSM (Eds.). (2015). Pharmacological Basis of Acute Care. Springer International Publishing.
- Curtis, H., & Barnes, NS (1994). Invitation to biology. Macmillan.
- Lodish et, H., Berk, A., Darnell, JE, Kaiser, CA, Krieger, M., Scott, MP,… & Matsudaira, P. (2008). Molecular cell biology. Macmillan.
- Ronzio, RA (2003). The encyclopedia of nutrition and good health. Infobase Publishing.
- Voet, D., Voet, J., & Pratt, CW (2007). Fonaments de Bioquímica: La vida a nivell molecular. Ed. Mèdica Panamericana.