10. GAIAMETABOLISMOA -I-

KATABOLISMOA

0. SARRERA● 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 deritze.

● Metabolismoaren barruan 2 prozesu bereizten dira:● KATABOLISMOA edo energia kimikoa lortzeko

suntsipen prozesua.● ANABOLISMOA edo eraikuntzazkoa, zelulak berak

behar duen materia sortzen duenekoa.

1. METABOLISMOA. EZAUGARRI OROKORRAK

● Metabolismoa zeluletan gertatzen diren erreakzioak osatzen dute; horien bitartez, zelulak energia lortu eta euren metaketa ionikoak mantentzeko erabiltzen dute, bai eta egiturak eta molekulak etengabe sortu eta berrizteko ere.

1.1. ENERGIA METABOLISMOAN

● Erreakzio kimiko bat berezkoa (berez gertatzen dela) den jakiteko energia askea izeneko magnitude termodinamikoa erabiltzen da:● Erreakzio batean substratu edo erreaktiboek

produktuek baino energia aske gehiago badute, erreakzio hori berezkoa izango da.

● Honen arabera erreakzioak 2 motatan bereizten dira:1) ERREAKZIO EXERGONIKOAK edo exogenoak:

– Hauetan energia askatzen da.– Berezko erreakzioak dira.– Adib.: Katabolismoa

2) ERREAKZIO ENDERGONIKOAK edo endogenoak:– Energia behar duten erreakzioak dira.– Ez dira berezkoak– Sintesi erreakzioak– Adib.: Anabolismoa

● Izaki bizidunek 2 modutan lortzen dute energia:1) Eguzki-energia zurgatuta.

– Organismo fotosintetikoek eguzki-energia energia kimiko bihurtzeko gai dira.

2) Erreakzio exergonikoetan askatzen den energia probestuz.– Zeluletan erreakzio exergonikoetan askatutako energia

ATPa sintetizatzeko erabiltzen da, hots, energia garraiatzen duen bitartekaria eratzeko.

1.2. ENTZIMAK ETA BIDE METABOLIKOAK

● Zeluletan erreakzio gehienak entzimei esker gertatzen dira.● Entzimak 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 daitezke.● Linealak, ziklikoak edo adarkatuak

(konbergenteak ala dibergenteak) izan daitezke, sare konplexuak eratuz.

● Konposatu bera bide metaboliko batean baino gehiagotan egon daiteke.

1.3. OXIDAZIO-ERREDUKZIOA METABOLISMOAN

● Zelulako energia-transferentzietan, molekula batetik besterako elektroien transferentzia edo elkartrukea dago.

● Elektroien trukea ematen den erreakzioei oxidazio-erredukzio erreakzioak edo erredox esaten zaie.● OXIDAZIOA:

– Molekulak elektroiak galtzen ditu.– Molekula hori oxidatuta geratzen da; beste molekula bati

elektroiak ematen dizkionez elektroi-emaile edo erreduzitzaile esaten zaio.

● ERREDUKZIOA– Molekulak elektroiak irabazten ditu.– Molekula erreduzituta geratzen da; beste molekula bati

elektroiak kendu dizkionez elektroi-hartzailea edo oxidatzailea da.

● Oxidazio eta erredukzio erreakzioak elkarri lotuta daude, hau da, molekula bat oxidatzen den bakoitzean (elektroia galdu) beste molekula bat erreduzitzen da (elektroia irabazi).

● Maiz, elektroien transferentziarekin batera H+-en (protoien) transferentzia ere ematen da.

● Oro har, zeluletan molekula organiko handiak molekula organiko sinpleagoetan edo inorganikoetan bihurtzeko erreakzioak oxidazio erreakzioak dira. Hauetan, beraz, 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 kasu.

● Organismo autotrofoak 2 motatakoak izan daitezke:1) FOTOSINTETIKOAK: Energia argitik lortzen dute.2) KIMIOSINTETIKOAK: Erredox erreakzio

exergonikoetatik lortzen dute energia.

1.4. METABOLISMOAREN LABURPENA

● Metabolismo zelularraren baitan 2 prozesu bereizten dira: katabolismoa eta anabolismoa.

● Bi prozesuak ez dira aldi berean gertatzen, ezta zelulako leku berean ere, baina bata bestearekiko menpekoak dira.

● Metabolismoko erreakzioak bide metaboliko delakoetan kateatuta daude eta bertako erreakzioak entzima espezifikoek katalizatzen dituzte.

● Metabolismoko erreakzioak erredox erreakzioak dira.

Katabolismoaren eta Anabolismoaren arteko konparazioa

KATABOLISMOA ANABOLISMOANarriadura-fasea da (degradazioa). Eraikuntza-fasea da (biosintesia).

Prozesu exergonikoak dira. ATP molekulak sintetizatzen dira.

Prozesu endergonikoak. ATP molekulak hidrolizatzen dira, energia gastua dauka.

Molekula organikoen oxidazioa. Elektroiak askatzen dira eta elektroiak (eta H+ak) garraiatzen dituzten molekuletan kontserbatzen dira NADPH, FADH, NADH...

Molekulen erredukzioa. Elektroi garraiatzaileek emandako elektroi eta protoiei esker.

Bide metaboliko konbergenteak dira. Hasierako konposatu organiko anitzak, azken produktu bakan batzuetan narriatu.

Bide metaboliko dibergenteak dira. Substratu gutxi batzuetatik, produktu aniztasun handia lortu.

Ikusi 169. orrialdeko irudia

FIGURE 18.2 ● The metabolic map as a set of dots and lines. The heavy dots and linestrace the central energy-releasing pathways known as glycolysis and the citric acid cycle.(Adapted from Alberts, B., et al., 1989. Molecular Biology of the Cell, 2nd ed. New York: Garland Publishing Co.)

2. BITARTEKO GARRAIATZAILEAK

● Katabolismo eta anabolismoaren arteko energia-transferentziak energia-bitartekarien bitartez gertatzen dira:A) Elektroien eta Taldeen koentzima

garraiatzaileak.B) Energia garraiatzaileak.

2.1. ELEKTROIEN ETA TALDEEN GARRAIATZAILEAK

● Elektroiak garraiatzen dituzten koentzimak.● Nikotinamidaren nukleotidoak: NAD+ eta NADP+

● Flabinaren nukleotidoak: FAD+ eta FMN

Ikasi 170.orr. taula

2.2. ENERGIA-GARRAIATZAILEAK. ATPa

● ATParen hidrolisi- eta sintesi-prozesuak (ATP-ADP energia-trukeko zikloa) sistema biologikoetan energia transferitzeko modurik orokorrena da.

● Hala ere, badira antzeko nukleotido trifosfatoak erabiltzen diren zikloak: GTP (guanosin trifosfatoa), UTP (uridin trifosfatoa), CTP (zitosin trifosfatoa).

ATParen hidrolisian askatutako energiaren erabilera● ATPa ADPra edo AMPra hidroliza daiteke,

energia asko askatuz. Energia hori honetarako erabiliko da:● BIOMOLEKULEN SINTESIRAKO (anabolismoan)● LAN MEKANIKOA EGITEKO. Adib.: muskulu

uzkurduran.● GARRAIO AKTIBORAKO, mintz plasmatikoan

zehar.● MINTZEKO POTENTZIALEN SORRERARAKO.

Adib.: nerbio-bulkadaren garraio eta transmisioa.● BEROA ETA BESTELAKO ENERGIEN

SORRERARAKO. Adib.: bioluminiszentzia.

ATParen sintesirako mekanismo nagusiak zelulan● Oro har, 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 ONDORIOZ– Arnasketa zelularraren eta fotosintesiaren elektroi-

garraiora kateetan zirkulatu ahala elektroiek energia galdu eta energia hori ATP sintetasek erabiltzen dute ADPa fosforilatuz ATPa lortzeko.

3. PROZESU KATABOLIKOAK. EZAUGARRI OROKORRAK

● Erregai organikoen narriadura erredox erreakzio exergonikoen bitartez egiten da, elektroiak energia handiko molekula organikoetatik, maila baxuagoenetara transferituz.

● Azken elektroi-hartzailearen arabera, zelulak 3 motatan sailka ditzakegu:

3.1. ZELULAK ETA ELEKTROI-HARTZAILEAK

1) AEROBIOAK– Zelularik gehienak– Oxigeno molekularra erabiltzen dute azken elektroi-

hartzaile modura.2) ANAEROBIOAK (anaerobio hertsiak)

– Oxigenorik gabe bizi dira.– Azken elektroi-hartzailetzat molekula organiko bat.– Adib.: lur sakonetan edo ozeano hondoan bizi diren

bakterioak3) FAKULTATIBOAK (anaerobio fakultatiboak)

– Oxigenoa erabiltzen dute azken elektroi-hartzaile modura, baina gai dira oxigeno eskasiaren aurrean, bide anaerobikoa erabiltzeko.

– Adib.: legamiak edo goi-mailako organismoen zelula gehienak.

● Glukosa (glukosa-6-fosfatoa) izaki bizidunek gehien erabiltzen duten erregai zelularra da.

● Katabolismoan erabiltzen den glukosa jatorri ezberdinak izan ditzake:● Organismo heterotrofoek elikagaietatik hartzen

dute.● Organismo autotrofoek fotosintesiari esker

sintetizatzen dute.● Beste molekula batzuk eraldatuta lor daiteke

glukogenesian.● Erreserba gisa metatutako glukogeno edo

almidoiaren hidrolisi bitartez, glukogenolisiaz.

3.2. GLUKOSA: ERREGAI NATURALA

● Glukosaren oxidazioa pausu ezberdinetan 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. Elektroi-

hartzailea molekula organikoa da.– Baldintza aerobikoetan: Arnasketa zelularra. Azken

e-hartzailea oxigenoa da.

Glukosaren oxidazioa

Glukolisia, glukosatik azido pirubikorako narriadura, zitoplasman gertatzen da. Gero, azido pirubiko hori mitokondrian sartuko da eta bertan, arnasketa zelularra gertatuko da, hots CO2-rako narriadura osoa.

4. GLUKOLISIA● Glukolisia glukosa molekula (sei C atomo)

azido pirubikoko (hiru C atomo) bi molekulara narriatzeko prozesua da.

● Narriadura horretan 2 ATP molekula eta 2 NADH + H+ lortzen dira

● Glukolisia edo Embder-Meyerhofen bidea prozesu kataboliko eta anaerobikoa da.

● Zelula guztietan gertatzen da, zitoplasman.

4.1. GLUKOLISIAREN EZAUGARRIAK

● Glukolisiaren formula orokorra hau da:Glukosa + 2 ADP + 2 P

i + 2 NAD+ ↔ 2 azido

pirubiko + 2 ATP + 2 NADH + 2 H+

● 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.

4.2. GLUKOLISIAREN ERREAKZIOAK

A) PRESTAKUNTZA FASEA● Glukosa fosforilatu egiten da 2 ATP xahutuz.● Lortutako fruktosa difosfatoa erdibitu egiten da

hiruna karbonoko 2 molekula lortuz.● Azken hauetako bakoitza oxidatu egiten da

NAD+ bana erabiliz, honela orotara 2 NADH + H+ lortuz.

● Fase honetan, aurretik lortutako 3 karbonoko bi molekula fosfatodunek fosfatoak galdu eta, ondorioz, bina ATP eratzen dira.

● Beraz, orotara, fase honetan 4 ATP lortzen dira.

B) HOBARIKO FASEA

● Hortaz, glukosa molekula bakoitzeko hauxe lortzen da:● 2 azido pirubiko● 2 ATP● 2 NADH

● Gainera, glukosa hori glukogenesitik badator, 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 dira.

GLUKOLISIAREN BALANTZEA

5. ARNASKETA ZELULARRA● Arnasketa zelularra edo aerobioa, glukosa-

molekula CO2 eta H2O-ra guztiz oxidatzeko prozesua da, horretarako O2 ezinbesteko izanik.

● Zelula eukariotikoetan mitokondrian gertatzen da; prokariotoetan zitoplasman.

● Glukolisian lortutako 2 azido pirubikoak edo pirubatoak 3 etapatan narriatzen dira:

1) Azido pirubikotik acetilCoA-rako deskarboxilazio oxidatzailea.

2) Krebs-en zikloa edo azido zitrikoaren zikloa.

3) Elektroien garraioa, arnasketa-katean, eta fosforilazio oxidatzailea.

● Glukolisian sortutako 2 azido pirubiko molekulak mitokondrian sartu eta deskarboxilatu egiten dira, CO2 molekula bana askatuz. 2 karbonoko molekulak eratzen dira: azido azetikoa.

● Aldi berean, NAD+-ak azido azetikoak oxidatu egiten ditu, NADH-ak sortuz.

● Azkenik, A koentzimarekin lotu eta 2 acetilCoA sortzen dira.

5.1. PIRUBIKOAREN DESKARBOXILAZIO OXIDATZAILEA

● Beraz, fase honetan glukosa bakoitzeko (2 azido pirubikotik) hauek eratzen dira:● 2 acetilCoA● 2 NADH + 2 H+

● 2 CO2

PIRUBIKOAREN DESKARBOXILAZIOAREN BALANTZEA

● Azido zitrikoaren edo azido trikarboxilikoaren zikloa ere esaten zaio.

● Matrize mitokondrialean gertatzen da.● AcetilCoA-a guztiz oxidatzen da CO2-ra,

elektroiak eta H+-ak eta energia askatuz.● Zikloa hasteko acetilCoA oxalazetatoarekin lotu

beharra dauka.● Ekuazio orokorra:

AcetilCoA + ADP + Pi + 3 NAD+ + FAD → 2 CO2 +

CoA-SH + ATP + 3 NADH + 2 H+ + FADH2

5.2. KREBS-EN ZIKLOA

● Beraz, Krebs-en zikloan glukosa bakoitzeko (2 acetilCoA-tik) hauek eratzen dira:

●4 CO2●2 ATP●6 NADH + 6 H+

●2 FADH2

KREBS-EN ZIKLOAREN BALANTZEA

● Glukosaren oxidazioan sorturiko elektroiak eta H+-ak, elektroi-garraiatzaileek (NADH eta FADH2) harrapatu dituztenak, barruko mintz mitokondrialean dagoen arnasketa-katera transferitu eta oxigenoraino eramaten dira, berau erreduzituz eta H2O sortuz.

● Elektroien garraioan energia askatzen da, ATP sintetizatzeko erabiltzen dena (ADP-aren fosforilazio oxidatzailea).

5.3. ELEKTROIEN GARRAIOA ETA FOSFORILAZIO OXIDATZAILEA

● Elektroi-garraioko kateak 4 konplexuk osatzen dute. Proteina garraiatzaileen eta koentzimen multzoak dira, eta energia-maila jakina dute.

● Elektroiak oxidazio-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 eremura ponpatzen direla, gradiente elektrokimiko bat sortuz; horiek matrizera itzultzeko joera izango dute, baina barruko mintza hauekiko iragazkaitza denez, soilik ATP sintetasaren bitartez sar daitezke matrizera. Azken honek, gradiente hori erabiliko du ATPa sortzeko

TEORIA KIMIOSMOTIKOA ETA FOSFORILAZIO OXIDATIBOA

● NADH + H+ bakoitzeko 3 ATP● FADH2 bakoitzeko 2 ATP● Balantze hau teorikoa da, izan ere, zelulak

ahalmen erreduzitzaile hori beste zeregin baterako bideratu baitezake, elektroi-garraiorako katera barik.

ELEKTROI-GARRAIOAREN ETA FOSFORILAZIOAREN BALANTZEA

6. ARNASKETA ZELULARRAREN BALANTZE OROKORRA

● Orokorrean glukosaren narriaduran askatzen den energia (ATP moduan) kalkulatzeko, batetik kontuan hartu behar da batetik glukolisian eta Krebs-en zikloan substratu-mailan sorturiko ATPak eta, bestetik, lortutako NADH zein FADH2-ek elektroi-katean bitartez fosforilazio oxidatzaileaz lortutakoak.

● Bestalde, 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.

● Laburtuz, hau litzateke arnasketa zelularraren balantze energetikoa:(ikusi 181. orriko taula)

7. HARTZIDURAK● Hartzidura zitoplasman gertatzen den prozesu

metabolikoa da, zeinaren bidez zelulek energia lortzen duten baldintza anaerobikoetan, glukosaren eta beste erregai organiko batzuen oxidazio partzialaren ondorioz.

● Elektroien azken hartzailea ez da oxigenoa, molekula organiko bat baizik.

● Glukosaren narriadura ez da erabatekoa, azken produktua beste molekula organiko bat da (oxidatuagoa, baina energiaren zatirik handiena gordetzen duena oraindik).

● Errendimendu energetikoa glukosa-molekula bakoitzeko 2 ATPkoa da, glukolisian lortzen direnak hain zuzen.

7.1. HARTZIDURAREN EZAUGARRIAK

● Glukolisian eratutako azido pirubikoa, baldintza anaerobikoetan, azido laktiko bihurtzen da, glukolisian askatutako NADH + H+-ri esker.

● Laktato deshidrogenasa entzimak katalizatzen du.Glukosa + 2 ADP + Pi → 2 azido laktiko + 2 ATP

7.2. HARTZIDURA LAKTIKOA

● Hartzidura laktikoa mikroorganismo askok egiten dute, adibidez Lactobacillus eta Streptococcus generokoak. Industrian esnekiak lortzeko erabiltzen dira: yogurta, gazta, kefirra,...

Lactobacillus caseiKefirra sinbiosian dauden hainbat mikroorganismo bizi diren egitura polisakaridoa da. Kefir aleetan sinbiosian dauden bakteria eta legami ezberdinak topa litezke, hartzidura alkoholiko eta hartzidura azido-laktikoaren erantzule direnak. Bakteriak (Lactobacilus brevis, L.desidiosus, L.acidophilus, Estreptococo laktikoak) eta legamiak (Candida kephir, Sacharomyces delbruckii).

● 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 dira.● Suspertze-aldian azido laktiko hori atzera ere

glukosa bihurtuko da glukoneogenesian.

● Glukolisian eratutako azido pirubikoa, baldintza anaerobikoetan, etanol bihurtzen da (alkohol etilikoa)● Pirubatoa deskarboxilatu egiten da lehenengo, CO2

molekula bat askatuz. Azetaldehidoa lortzen da.● Azken hori glukolisian askatutako NADH + H+-ri

esker erreduzitzen da, etanola lortuz.

Glukosa + 2 ADP + Pi → 2 etanola + 2 CO2+ 2 ATP

7.3. HARTZIDURA ALKOHOLIKOA

● Hartzidura alkoholikoa Saccharomyces generoko legamiek egiten dute.● Industrian garagardoa, ardoa, sagardoa, ogia, e.a.

Egiteko erabiltzen da.

8. KREBS-EN ZIKLOA ETA BESTE BIDE METABOLIKO BATZUK

● Krebs-en 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.

8.1. KREBS-EN ZIKLOAREN IZAERA ANFIBOLIKOA

Krebs-en zikloaren izaera anfibolikoaren eskema

● Matrize mitokondrialean gertatzen da.● β-oxidazio edo Lynen-en helize izeneko bide

batean.● Helize bira bakoitzean gantz-azidoari 2

karbono kentzen zaizkio, azetilCoA molekula bat lortuz (hauek gero Krebs-en oxidatuko dira) eta FADH2 molekula bat eta NADH bat lortzen dira

8.2. BESTE BIDE METABOLIKO BATZUK ETA KREBS-EN ZIKLOA

GANTZ-AZIDOEN OXIDAZIOA

● Aminoazidoak narriatu egiten dira, euren egituraren arabera eta, lortutako metabolitoak Krebs-en zikloan sartzen dira, puntu ezberdinetan.

AMINOAZIDOEN OXIDAZIOA

Inigo Louvellik sortua