METABOLISMOA I

Zelulek ingurunetik materia bereganatu eta horri esker bizitzeko beharrezkoa duten energia eta materia lortzen dute.Zelularen barruan milioika erreakzio kimiko gertatzen dira, materia hori eraldatzeko. Erreakzio guzti horiei metabolismoa deitzen zaio. Metabolismoaren barruan 2 prozesu desberdin ematen dira:

KATABOLISMOA: edo energia kimikoa lortzeko suntsipen prozesua. Glukosatik energia lortzea

ANABOLISMOA: edo eraikuntzazkoa, zelulak berak behar duen materia sortzen duenekoaNUTRIZIOAren arabera ORGANISMO motak ezberdinak bereizten diraMOTAK KARBONO

ITURRIAENERGIA ITURRIA

ORGANISMOAK

Fotoautotrofoak CO2 Argia Bakterio fotosintetikoak, protisto batzuk eta landareak

Kimioautotrofoak CO2 Molekula ez-organikoen oxidazioa

Bakterio kimiolitotrofoak

Fotoheterotrofoak Molekula organikoak Argia Bakterio gorri ez-sulfureoak

Kimioheterotrofoak Molekula organikoak Molekula organikoen oxidazioa

Bakterio heterotrofoak, protista ugari, onddoak eta animaliak

1.METABOLISMOA. EZAUGARRRI OROLORRAKZeluletan gertatzen diren erreakzioak osatzen dute; horien bitartez, energia lortzen da eta euren metaketa ionikoak mantentzeko erabiltzen dute, bai eta egiturak eta molekulak etengabe sortu eta berritzeko ere

1.1Energia metabolismoanErreakzio kimiko bat berezkoa(espontaneoa) den jakiteko energia askea (ΔG) izeneko magnitude termodinamikoa erabiltzen da: erreakzio batean erreaktiboek produktuek baino energia aske gehiago badute, ereeakzioa berezkoa izngo da . Honen arabera erreakzioak 2 motatakoak izan daitezke:

E. EXERGONIKOAK edo exogenoak:Energia askatzen daBerezkoak diraAd: katabolismoa

E. ENDERGONIKOAK edo engogenoakEnergia behar duteEz dira berezkoakSintesi erreakzioakAd: anabolismoa

Izaki bizidunek 2 modutan lortzen dute energia:1)Eguzki-energia zurgatuta- organismo fotosintetikoek eguzki-energia energia kimiko

bihurtzeko gai dira2) Erreakzio exergonikoetan askatzen den energia probestuz- zeluletan erreakzio

exergonikoetan askatutako energia ATPa sintetizatzeko erabiltzen da, hots, energia garraiatzen duen bitartekaria eratzeko

1

1.2Entzimak eta bide metabolikoakZeluletan erreakzio gehienak entzimei esker gertatzen dira. haiek erreakzio espezifikoen abiadura handitzen duten biokatalizatzaileak dira. Zeluletako erreakzio kimikoen kantitatea handia dago. Hauek bide metaboliko izeneko sekuentziatan antolaturik daude: erreakzio baten produktua hurrengo erreakzioaren substratua da.Bide metabolikoak 2tik 20ra bitarteko erreakzio-segidak izan daitezkeLinealak, ziklikoak edo adarkatuak (konbergenteak ala dibergenteak) izan daitezke, sare konplexuak eratuzKonposatu bera bide metaboliko batean baino gehiagotan egon daiteke

1.3-Oxidazio-erredukzioa metabolismoanZelulako energia-transferentzietan, molekula batetik besterako elektroien edo elkartrukea dago(elektroi-protoien transferentzia)Elektroien trukea ematen den erreakzioei oxidazio-erredukzio erreakzioak edo erredox esaten zaie.

OXIDAZIOAK:Molekulak elektroiak galtzen dituOxidatuta geratzen da; beste molekula bati elektroiak ematen dizkionez elek-troi-emaile edo erreduzitzaile deritzo

ERREDUKZIOAMolekulak elektroiak irabazten dituErreduzituta gertzen da; beste molekula bati elektroiak kendu dizkionez elek-troi-hartzaile edo oxidatzailea da

Oxidazio eta erredukzio erreakzioak elkarri lotuta daude, hots, molekula bat oxidatzen den bakoitzean beste molekula bat erreduzitzen da. Maiz, elektroien transferentziarekin batera H+-en (protoien) transferentzia ere ematen da.Orokorrean, zeluletan molekula organiko handiak molekula sinpleagotan edo inorganikoetan bihurtzeko erreakzioak oxidazio erreakzioak dira. energia askea askatzeaz gain (exergonikoak), elektroiak eta H+-ak askatzen dira. Katabolismoa hemen legoke.Erredukzioak erreakzio biosintetikoak eta endergonikoak dira, eta elektroiak eta H+-ak hartzen dituzte. Anabolismoa kasuOrganismo autotrofoak 2 motatakoak izan daitezke:

1)FOTOSINTETIKOAK: energia argitik lortzen dute2)KIMIOSINTETIKOAK: erredox erreakzio exergonikoetatik lotzen dute energia

1.4Metabolismoaren laburpenaMetabolismo zelularraren baitan 2 prozesu bereizten dira: katabolismoa eta anabolismoBi prozesuak ez dira aldi berean gertatzen, ezta zelulako leku berean ere, baina bata bestarekiko menpekoak diraMetabolismoko erreakzioak bide metaboliko delakoetan kateatuta daude eta bertako erreakzioak entzima espezifikoek katalizatzen dituzte.Metabolismoko erreakzioak erredox erreakzioak dira

2

Katabolismoaren eta

3

Anabolismoare

4

Katabolismoaren eta

5

Anabolismoare

6

2. BITARTEKO

7

GARRAIATZAILEAK

8

2. BITARTEKO

9

GARRAIATZAILEAK

10

ANABOLISMO HETEROTROFOAMolekula organiko konplexuen sintesia molekula organiko sinpleetatik (prekursoreak) abiatutaPrecursoreen jatorria bizi izan daiteke: erreserba substantzien katabolismoa edo elikagaien liseriketatikBi fase:

Monomeroen biosintesia. ADB; glukosaren sintesia azido pirubikotik (prekursorea) abiatuta

Pilimeroen biosintesia- monomerotik abiatuta. Adb:glukogenoaren sisntesia glukosatik abiatutaGluzido, proteina, lipido eta azido nukleikoen anabolismoa bereiz daiteke. Prozesu hauek guztiak erlazionaturik daudelarik. Honi esker biomolekula mota batetik sintetizatu daitezke besteak, baina ez beti. ADB: animaliek ezin dute gluzidoak sintetizatu lipidoz eta proteinaz soilik osatutako dieta batetikBhar den energia ATP-tik lortzen da (ATP → ADP +P) ATP hau katabolismotik dator

2-BITARTEKO GARRAIATZILEAKKatabolismo eta nabolismoaren arteko energiaren-transferentziak energia-bitartekarien bitzartez gertatzen dira:

A)Elektroien eta Taldeen koentzima garraiatzaileakB)Energia garraiatzaileak

11

2.1-Elektroien eta Taldeen garraiatzaileakElektroiak garraiatzen dituzten koentzimak

Nikotinamidaren nukleotidoak :NAD+ eta NADP+

Flabinaren nukleotidoak: FAD+ eta FMN 2.2-Energia garraiatzaileak. ATPaATParen hidrolisi eta sintesi-prozesuak (ATP-ADP energia-trukeko zikloa) sistema biologikoetan energia transferitzeko modurik orokorrena da Hala ere, badira antzeko nukleotido trifosfatoak erabiltzen diren zilkoak: GTP ( guanosin trofosfato), UTP (uridin trifosfatoa), CTP (zitosin trifosfatoa)

ATParen hidrolisian askatutako energiaren erabileraATPa ADPra edo AMPra hidroliza daiteke, energia asko askatuz. Energia hori honetarako erabiliko da:

BIOMOLEKULEN SINTESIRAKO (anabolismoan)LAN MEKANIKOA EGITEKO (muskulu uzkurduran…)GARRAIO AKTIBORAKO mintz plasmatikoan zeharMINTZEKO POTENTZIALEN SORRERARAKO (nerbio-bulkadaren garraio eta

transmisioa…)BEROA ETA BESTELAKO ENERGIEN SORRERARAKO (bioluminiszentzia)

ATParen sintesirako mekanismo nagusiak zelulanOrokorrean, ATPa bi modutan lortzen da zelulan:1)SUBSTRATU MAILAKO SINTESIA:

Energia altuko konposatu batek askatutako energia ADPari fosfato talde bat transferitzeko erabiltzen da:

X-P + ADP → X + ATP

2)FOSFORILAZIOA ELEKTROIEN GARRAIOAREN ONDORIOZArnasketa zelularraren eta fotosintesiaren elektroigarraiora kateetan zirkulatu ahala

elektroiek energia galdu eta energia hori ATP sintetasek erabiltzen dute ADPa fosfolizatuz ATPa lortzeko.

3.PROZESU KATABOLIKOAK. EZAUGARRI OROKORRAK

3.1.Zelulak eta elektroihartzaileakErregai organikoen narraidura erredox erreakzio exergonikoen bitartez egiten da, elektroiak energia handiko molekula organikoetatik, maila baxuagoenetara transferituz.Azken elektroi-hartzailearen arabera, zelulak 3 motatan sailka ditzakegu:

1)AEROBIOAK-Zelula gehienak-Oxigeno molekularra erabiltzen dute azken elektroihartzaile modura

2)ANAEROBIOAK( anaerobio hertsiak)-Oxigenorik gabe bizi dira-Azken elektroi-hartzailetzat molekula organiko bat-Adb: lur sakonetan edo ozeano hondoan bizi diren bakterioak

FAKULTATIBOAK (anaerobio fakultatiboak)-Oxigenoa erabiltzen dute azken elektroi-hartzaile modura,baina gai dira oxigeno eskasian aurrean, bide anaerobikoa erabiltzeko-Adb:legamiak edo goi-mailako organismoen zelula gehienak

3.2.Glukosa: erregai naturalaGlukosa (glukosa-6-fosfatoa) izaki bizidunek gehien erabiltzen duten erregai zelularra daKatabolismoan erabiltzen den glukosa jatorri ezberdinak izan ditzake:

12

Organismo heterotrofoek elikagaietatik hartzen dute.Organismo autotrofoek fotosintesiari esker sintetizatzen dute.Beste molekula batzuk eraldatuta lor daiteke glukogenesianErreserba gisa metatutako glukogeno edo almidoiaren hidrolisi bitartez, glukoge-nolisiaz

Glukosaren oxidazioaPausu ezberdintan ematen da, energia apurka-apurka askatuz eta ATPetan bilduz.Prozesua 2 fasetan labur daiteke:

1.fasea: glukosa oxidatu egiten da glukolisi izeneko bide metabolikoan. ATP formako energia askea eta 2 molekula azido pirubiko lortzen dira

2.fasea: azido pirubikoa oxidatu egiten da. 2 modutan:Baldintza anaerobikoetan: Hartzidura. e-hartzailea molekula organikoa daBaldintza aerobikoetan: Arnasketa Zelularra. Azken e-hartzailea oxigenoa da.

Glukolisia, glukosatik zido pirubikorako narriadura, zitoplasman gertatzen da. Gero, azido pirubiko hori mitokeondiran sartuko da eta bertan, arnasketa zelularra gertatuko da, hots, CO 2-rako narriadura osoa

4.GLUKOLISIAGlukolisia glukosa molekula (6 C atomo) azido pirubikoko (3 C atomo) bi molekulara narriatzeko prozesua da.Narriadura horretan 2 ATP molekula eta 2 NADH + H+ lortzen dira

13

4.1-Glukolisiaren ezaugarriakGlukolisia edo Embder-Meyerhofen bidea prozesu kataboliko eta anaerobikoa da.Zelula guztietan gertztzen da, zitoplasman.4.2Glukolisiaren erreakzioakGlukolisiaren formula orokorra hau da.Glukosa + 2ADP + 2 Pi + 2NAD+ →2 azido pirubiko + 2 ATP + 2NADH + 2H+

Glukolisia 10 erreakzioko sekuentzia batean gertatzen da, 2 etapatan banatuta: A) SEI KARBONOKO FASEA edo PRESTAKUNTZAKOAB) HIRU KARBONOKO FASEA edo HOBARIKOA

Erreakziook entzimek katalizatzen dituzte.

A)PRESTAKUNTZA FASEAGlukosa fosforilatu egiten da 2 ATP xahutuzLortutako fruktosa difosfatoa erdibitu egiten da hiruna karbonoko 2 molekula lortuzAzken hauetako bakoitza oxidatu egiten da NAD+ bana erabiliz, honela orotara 2NADH + H+

lortuzB) HOBARIKO FASEAFase honetan, aurretik lortutako 3 karbonoko bi molekula fosfatodunek fosfatoak galdu eta, ondorioz, bina ATP eratzen dira.

14

Beraz, orotara, fase honetan 4 ATP lortzen dira.

GLUKOLISIAREN BALANTZEAHortaz, glukosa molekula bakoitzeko hauxe lortzen da:

2 azido pirubiko2 ATP2 NADH

Gainera, glukosa-6-fosfatoa izaten da, eta, beraz, fosforilazio bat gutxiago egin behar denez, ATP bat gutxiago xahutzen da eta, ondorioz, azken balantze bezala 3 ATP lortzen

5.ARNASKETA ZELULARRA EDO AEROBIAGlukosa-molekula CO2 eta H2O-ra guztiz oxidatzeko prozesua da, horretarako O2 ezinbesteko izanikZelula eukariotikoetan mitokondrian gerttzen da; prokariotoetan zitoplasmanGlukolisian lortutako 2 azido pirubiroak edo pirubatoak 3 etapatan narrriatzen dira:

1)Azido pirubikotik azetil CoA-rako deskarboxilazio oxidatzailea2)Krebs-en zikloa edo azido zitrikoen zikloa3)Elektroien garraioa, arnasketa-katean, eta fosforilazio oxidatzailea

501.Pirubikoaren deskarboxilazio oxidatzailea

15

Glukolisian sortutako 2 azido pirubiko molekulak mitokondrian sartu eta deskarboxilatu egiten dira, CO2 molekula bana askatuz. 2 karbonoko molekulak eratzen dira: azido azetikoaAldi berean, NAD+-ak azido azetikoak oxidatu egiten ditu, NADH-ak sortuzAzkenik,, A koentzimarekin lotu eta 2 acetil CoA sortzen dira

PIRUBIKOAREN DESKARBOXILAZIOAREN BALANTZEAFase honetan glukosa bakoitzeko (2 azido pirubikotik) hauek eratzen dira:

2 acetil Coa2 NADH + 2 H+

2 CO2

5.2 Krebs-en zikloaAzido zitrikoaren edo azido trikarboxilikoaren zikloa ere esaten zaioMatrize mitokondrialean gertatzen daAcetil CoA-a guztiz oxidatzen da CO2-ra, elektroiak eta H+-ak eta energia askatuzZikloa hasteko acetil CoA oxalazetatoarekin lotu beharra daukaEkuazio orokorra:Acetil CoA +ADP+Pi +3NAD+ +FAD → 2CO2 +CoA-SH +ATP+ NADH + 2 H+ + FADH2

KREBS-EN ZIKLOAREN BALANTZEAGlukosa bakoitzeko (2 acetil CoA-)tik, sustrto mailako fosforilazio ondorioz, hauek eratzen dira:

4 CO2

2ATP6 NADH + 6 H+

2 FADH2

5.3Elektroien garraioa eta fosforilazio oxidatzaileaGlukosaren oxidazioan sorturiko elektroiak eta H+-ak, elektroi-garraitzaileek (NADH eta FADH2 ) harrapatu dituztenak, barruko mintz mitokondrialean dagoen arnasketa-katera transferitu eta oxigeraino eramaten dira, berau erreduzituz eta H2O sortuzElektroien garraioan energia askatzen da, ATP sintetizatzeko erabiltzen dena (ADP-aren fosforilazio oxidatzailea)Elektroi-garraioko kateak 4 konplexuk osatzen dute. Proteina garraiatzaileen eta koentzimen multzoak dira, eta energia-maila jakina duteElektroiak oxidaio-erredukzio erreakzioen bidez jariatzen dira katetik, energia-maila handiagoko konposatuetatik energia-maila baxuagokoetara. Garraio hori berezkoa da.Badirudi elektroien garraio horri esker H+-ak matrizetik mintz arteko eremua ponpatzen direla, gradiente elektrokimiko bat sortuz; horiek matrizera itzultzeko joera izango dute, baina barruko mintza hauekiko iragakaitza denez, soilik ATP sintetasaren bitartez sar daitezke matrizera. Azken honek, gradiente hori erabiliko du ATPa sortzeko

^

16

TEORIA KIMIOSTIKA ETA FOSFORILAZIO OXIDATIBOA

17

ELEKTROI-GARRAIOAREN ETA FOSFORILAZIOAREN BALANTZEANADAH + H+ bakoitzeko 3ATPFADH2 bakoitzeko 2ATP

Balantze hau, teorikoa da

6.ARNASKETA ZELULARRAREN BALANTZE OROKORRAOrokorrean glukosaren degradazioan askatzen den energia (ATP moduan) kalkulatzeko, batetik kontuan hartu behar da batetik glukolisian eta Krebs-en zikloan substratu-mailan sorturiko ATP-ak eta, bestetik, lortutako NADH zein FADH2-ek elektroi-katean bitartez fosforilazio oxidatzaileaz lortutakoakBeste aldetik, glukolisian sortutako 2 NADH molekulak zitosoletik matrize mitokondrialera heldu behar dira elektroi-garraiorako katean sartzeko. Baina, barruko mintz mitokondriala NADHarekiko iragazkaitza denez, honek transformazio bat jasan behar du. Hau 2 modutan egin daiteke:

MALATOAREN ANEZKA: bihotzeko, giltzurruneko eta gibeleko zeluletan. NADH bakoitzeko 3 ATP lortzen dira

GLIZEROL FOSFATOAREN ANEZKA: muskulu eskeletikoan eta burmuinean. NADH bakoitzeko 2 ATP lortzen dira

GLUKOSAREN ARNASKETA BALDINTZA AEROBIETAN BALANTZEAGlukosaren oxidazioaren balantzeaGlukosaren katabolismoan zer prozesu aritzen diren eta prozesu bakoitzaren energia balantzea zein den aztertu ondoren, zelulak glukosa molekula bakoitzeko lortutako ATP molekulen balantze globala dator. 38 ATP molekula sintetizatzen dira glukosa molekula bakoitzeko.Glukosareb katabolismoaren ekuazioa:

C6H12O6 + 6 O2 → 6CO2 + 6 H2O + energia (ATP)Bestelako errekuntzen alderatzen badugu, glukosa zelularen erregai landugabea dela esango dugu, “finketa” erreakzio batzuk jasaten dituena. Erreakzioen ondorioz, erregai garbia eteratzen zaio, H-a, eta hori mitokondrioko arnas katean sortutako erreakzioetan “erreko” daGLUKOSA:

30 ATP (10X NADH + H+)4 ATP (2 X FADH2)2 ATP (glukosian , sustrato mailako fosfotilazioa) +2 GTP (Krebs zikloa , sustrato mailako fosforilazioa)

Guztira: 38 ATP EDO 36 ATP ( glukolisian sortutako 2NADH + H+ mitokondrioetan sartzeko moduaren arabera)Animalien zelulen mitokondrioen barne-mintza zitosoleko NADH-rekiko iragaitza denez, DADHa matrizera iragan ahal izateko garraio sistema bereziak daude: jaurtigailuak. Batzuek I. konplexura bidaltzen dituzte (3 ATP) eta beste batzuek III:konplexura (2ATP)Horrela, glukosaren katabolismoaren balantze orokorra 36 eta 38 ATP bitarteko izan daiteke

18

Onartuta dago, NADH + H+ oxidatzean 3 ATP lortzen direla eta FADH2 oxidatzean, berriz 2 ATP baino ez. Baina esperimentuen bidez egiaztatu denez, benetan 2,5 eta 1,5 ATP molekula sortzen dira hurrunez hurren. Biograsia zientifikoan oker adierazi da hori, emaitza esperimental zuzen batzuk gaizki interpretatu zirelako; ATP molekulen kopuruak derrigorrez zenbaki osoa izan behar zuela uste zuten. Beraz, glukosa molekula bat erabat oxidatzen denean, 32 ATP molekula baino ez dira sortzen, eta ez 38

7. HARTZIDURAK Zitoplasman gertatzen den prozesu matabolikoa da, honen bidez zelulek energia lortzen dute baldintza anaerobikoetan, glukosaren eta beste erregai organiko batzuen oxidazio partzialaren ondorioz

7.1.Hartziduraren ezaugarriakElektroien azken hartzailea ez da oxigenoa, molekula organiko bat baizikGlukosaren narriadura (degradazioa) ez da erabatekoa, azken produktua beste molekula organiko bat da /oxidatuagoa, baina energiaren zatirik handiena gordetzen duena oriandik)Errendimendu energetikoa glukosa-molekula bakoitzeko 2ATPkoa da, glukolisian lortzen direnak

7.2Hartzidura laktikoaGlukolisian eratutako aido pirubikoa, baldintza anaerobikoetan, azido laktiko bihurtzen da, glukolisian askatutako NADH + H+-ri eskerLaktato deshidrogenasa entzimak katalizatzen du

Glukosa + 2 ADP + Pi → 2 azido laktiko (laktato) + 2 ATP

Hartzidura laktikoa mikroorganismo askosk egiten dute, adb: Lactobacillus eta Streptococcus. Industrian esnekiak lortzeko erabiltzen dira: yogurta, gazta, kefirra…

L. casei kefirra

Hartzidura laktikoa muskulu eskeletikoaren zeluletan ere gertatzen da ariketa labur eta gogorretan, holakotan oxigeno-ekarpena nahikoa ez baita izaten glukosa “erretzeko”

Muskuluetan metaturiko azido laktikoa axubeten (agujetak) arduradun diraSuspertze-aldian azido laktiko hori atzera ere glukosa bihurtuko da glukoneogenesian

19

7.3Hartzidura alkoholikoaGlukolisian eratutako azido pirubikoa, baldintza anaerobikoetan, etanol bihurtzen da (alkohol etilikoa)

Pirubatoa deskarboxilatu egiten da lehenengo, CO2 molekula bat askatuz. Aztaldehidoa lortzen da.

Azken hori glukolisian askatutako NADH + H+-ri esker erreduzitzen da, etanola lortuz Glukosa + 2 ADP + Pi → 2 etanola + 2 CO2 + 2 ATP

Hartzidura alkoholikoa Saccharomyces generoko legamiek egiten duteIndustian garagordoa, ardoa…egiteko erabiltzen da

Saccharomyces cerevesiae

GARRANTZITSUA: ARNASKETA ANAEROBIKOA HARTZIDURAREN DESBERDINA DABiak oxigenorik gabe eman arren, arnasketa anaerobian FOSFOTILAZIO OXIDATIBOAREN bitartez sintetizatzen da ATP eta hartziduran SUBSTRATU MAILAKO FOSFORILAZIOAREN BITARTEZHartziduran lortzen den ATP glukolisian lortutakoa da. Azken elektroi hartzailea ez da oxigenoa

8.KREBS-EN ZIKLOA ETA BESTE BIDE METABOLIKO BATZUK8.1.Krebs-en zikloaaren izaera anfibolikoaKreben zikloak izaera anfibolikoa du, hau da, bai bide katabolikoetan bai bide anabolikoetan erabiltzen da:

FUNTZIOA KATABOLIKOA: bertako acetilCoA glukolisitik aparte, gantz-azidoen oxidaziotik (β-oxidazioa) eta aminoazido batzuenetik ere etor daiteke

FUNTZIO ANABOLIKOA : zikloa aurrekari-iturri modura erabiltzen da biosintesirako

20

21