|
ELS BIOELEMENTS, L'AIGUA I LES SALS MINERALS
L'enllaç químic en la matèria viva: És la unió entre àtoms, molècules o ions. Un ió
és un àtom o una molècula amb càrrega elèctrica. En la matèria viva,
els principals tipus d'enllaços són:
- L'enllaç iònic: Es dona entre àtoms d'electronegativitat
molt diferent, un d'ells capta electrons d'un altre. El que
capta electrons es transforma en un ió negatiu o anió, i el que en
perd, en un ió positiu o catió. Ambdós queden units
per acció electrostàtica.
- L'enllaç covalent: Es forma quan dos àtoms comparteixen electrons. Es dóna entre
àtoms d'electronegativitat alta i similar. És un enllaç molt fort. Si els
àtoms units tenen una elctronegativitat similar, donen lloc a molècules
apolars. Si uns àtoms atrauen més cap a si els electrons, es formen molècules
polars.
- Els enllaços intermoleculars: Són els enllaços entre molècules. Els casos més importants són
l'enllaç d'hidrogen i les forces de van der Waals. Són enllaços molt
febles i són deguts a forces electrostàtiques.
- Enllaç d'hidrogen: En les molècules dipolars dels hidrurs, la mida petita de l'àtom
d'hidrogen permet aproximar-se molt a l'altre tipus d'àtom, de les
molècules contigües, i s'estableixen forces febles d'atracció entre
elles, anomenades enllaç d'hidrogen.
- Enllaç per forces de van der Waals: També entre molècules apolars hi ha atraccions electrostàtiques, a
caus que, en determinats moments, la distribució electrònica canviant
es torna asimètrica, i sorgeixen dipols instantanis. Aquests
permeten l'atracció intermolecular.
Els bioelements: Els elements que es troben en la matèria viva s'anomenen bioelements o
elements biogènics.
Es poden classificar en :
- Els bioelements primaris: Són indispensables per a la formació de
les biomolècules orgàniques ( glúcids, lípids, proteïnes i àcids
nucleics ), que són les molècules que constitueixen tots els éssers
vius i que, a més, en la naturalesa, tan sols es produeixen aquests.
Per això. les biomolècules també s'anomenen principis immediats
de la vida. Aquests són: O, C, H, N, P i S.
- Bioelements secundaris: Són tots els altres bioelements. En aquest grup se'n poden distingir
dos tipus: els indispensables, que són els que no poden faltar
perquè són imprescindibles per a la vida de la cèl·lula i que es
troben en tots els éssers vius; i els variables, que són els
que sí que poden faltar en alguns organismes.
Una altra classificació dels bioelements és la basada en l'abundància.
Els que es troben en proporcions inferiors al 0,1 % s'anomenen oligoelements,
i els altres, bioelements plàstics.
Els bioelements primaris: Si es compara la composició atòmica de la
biosfera (matèria viva que hi ha a la Terra), amb la composició de l'atmosfera, de la
hidrosfera i de la litosfera, que són les tres capes que ocupen els éssers
vius, se'n poden deduir les conclusions següents:
- Els alts percentatges de H i O a la biosfera són degut al fet que la
matèria està constituïda per aigua en un percentatge que varia del 65
% ( organismes terrestres ) al 90 % ( organismes aquàtics ). Al seu
torn, això es així perquè totes les reaccions químiques que es duen
a terme en els éssers vius es desenvolupen en el medi aquós. No és
possible la matèria viva sense aigua. La vida es va originar en el medi aquàtic.
- Els percentatges dels altres bioelements primaris de la biosfera són
molt diferents dels que s'han trobat a l'atmosfera, la hidrosfera o la
litosfera, per la qual cosa no es pot deduir que la matèria viva s'hagi
format a partir dels elements més abundants, sinó a partir tan sols
d'aquells (C, H, O, N, P i S) que, gràcies a les propietats que
tenen, són capaços de constituir-la. Aquestes propietats són:
- Tenen una massa atòmica relativament petita, i això afavoreix
que, en combinar-se entre si, s'estableixin enllaços covalents
estables.
- Atès que l'oxigen i el nitrogen són elements molt
electronegatius, quan estableixen enllaços covalents amb els
altres tipus d'àtoms sovint donen lloc a molècules dipolars.
Com que l'aigua també és dipolar, aquests compostos s'hi dissolen
bé i poden reaccionar entre si, de manera que fan possible els
processos bioquímics imprescindibles per a la vida.
Altres propietats no comunes:
- El carboni. Té quatre electrons a la perifèria i pot formar
enllaços covalents estables amb altres carbonis. Això permet
constituir llargues cadenes d'àtoms (macromolècules).
- L'hidrogen. És l'altre element que resulta indispensable per
formar la matèria orgànica. Entre els carbonis i els hidrògens
es formen enllaços covalents, prou forts per ser estables. Però no
tant per impedir-ne la ruptura i així possibilitar la síntesi d'altres
molècules.
- L'oxigen. És el bioelement primari més electronegatiu.
Això el fa idoni per treure electrons a altres àtoms, per oxidar-los.
L'oxidació dels compostos biològics es fa bàsicament
mitjançant la sostracció d'hidrògens als àtoms de carboni.
- El nitrogen. Presenta una gran facilitat per formar compostos
tant amb l'hidrogen com amb l'oxigen, la qual cosa permet, en el pas
d'una forma a l'altra, l'alliberació d'energia.
- El sofre. Bàsicament es troba en forma de radical sulfhidril
en determinats amino-àcids.
- El fòsfor. Aquest element permet establir enllaços rics en
energia.
Els bioelements secundaris: Tenen diferents funcions. S'hi poden distingir
els que són abundants i els que solen ser oligoelements.
Els més abundants són:
- sodi (Na)
- fòsfor (K)
- calci (Ca): en forma de carbonat, dóna lloc a les closques dels
mol·luscs i als esquelets de molts altres animals i, com a ió, actua en
moltes reaccions, com els mecanismes de la contracció muscular, la
permeabilitat de les membranes cel·lulars, la coagulació de la sang, etc.
- magnesi (MG): és un component de molts enzims i del pigment
clorofil·la. També intervé en la síntesi i la degradació de l'ATP, en
la replicació i l'estabilització de l'ADN, en la síntesi de l'ARN, etc.
Entre els oligoelements cal esmentar:
- El ferro és necessari per sintetitzar l'hemoglobina de la sang
i la mioglobina i els citocroms.
- El zinc és abundant en el cervell, als òrgan sexuals i al pàncreas.
- El coure es requereix per formar l'hemocianina, el pigment
respiratori de nombrosos invertebrats aquàtics, i per a alguns enzims
oxidases.
- El cobalt fa falta per sintetitzar la vitamina B12 i alguns
enzims que regulen la fixació del nitrogen.
- El manganès actua associat a diversos enzims degradants de
proteïnes, com a factor de creixement , i en els processos
fotosintètics.
- El liti actua incrementant la secreció dels neurotransmissors
i per això afavoreix l'estabilitat de l'estat d'ànim dels malalts de
depressions endògenes.
- El silici forma part dels frústuls de les diatomees i dóna
rigidesa a les tiges de les gramínies i dels equisets.
- El iode és necessari per formar l'hormona tiroide, responsable
del ritme del metabolisme energètic.
- El fluor es troba a l'esmalt de les dents i als ossos.
Els principis immediats o biomolècules: Són les substàncies químiques
que composen la matèria viva.
Els mètodes utilitzats per dur a terme aquesta anàlisi són: l'evaporació,
la filtració, la destil·lació, la diàlisi, la cristal·lització,
l'electroforesi i la centrifugació.
Els principis immediats poden ser:
- simples
molècules formades per àtoms del mateix tipus.
-
compostos
hi ha àtoms de diferents elements. Els principis immediats compostos
poden ser inorgànics, com l'aigua, i orgànics, és a dir,
constituïts bàsicament per polímers de carboni i hidrogen, com ara els
glúcids, els lípids, les proteïnes i els àcids nucleics.
Els principis immediats poden tenir funció:
- estructural, com les
proteïnes i les sals minerals dels ossos
- energètica, com
els greixos.
- biocatalitzadora, és a dir, acceleradora de
les reaccions bioquímiques.
BIOMOLÈCULES
Compostos inorgànics
L'aigua: És la substància química més abundant en la matèria viva.
Els percentatges més baixos d'aigua es donen en éssers amb vida latent,
com ara llavors, virus, etc. L'aigua es troba en la matèria viva en tres formes:
- Com a aigua circulant; per exemple, a la sang, a la saba, etc.
- Com a aigua intersticial, entre les cèl·lules, sovint força
adherida a la substància intercel·lular, com succeeix en el teixit
conjuntiu.
- Com a aigua intracel·lular, al citosol i a l'interior dels
orgànuls cel·lulars.
Els organismes poden aconseguir l'aigua directament a partir de l'aigua
exterior o a partir d'altres biomolècules per mitjà de diferents reaccions
bioquímiques; és el que s'anomena aigua metabòlica.
Cal esmentar que les molècules d'aigua són dipols. Entre els
dipols de l'aigua s'estableixen forces d'atracció anomenades ponts
d'hidrogen.
Característiques fonamentals de l'aigua:
- Elevada força de cohesió entre les molècules gràcies als ponts
d'hidrogen.
- Elevada calor específica.
- Elevada calor de vaporització
- Densitat més alta en estat líquid que en estat sòlid.
- Elevada constant dielèctrica
- Baix grau d'ionització
Funcions de l'aigua en els éssers vius
- Funció dissolvent de les substàncies
- Funció bioquímica
- Funció de transport
- Funció estructural
- Funció mecànica amortidora
- Funció termoreguladora
Les sals minerals: Les substàncies minerals es poden trobar en els éssers vius de tres
formes:
- Les substàncies minerals precipitades constitueixen
estructures sòlides, insolubles, amb funció esquelètica.
- Les sals minerals dissoltes donen lloc a anions i cations. Els
ions mantenen un grau de salinitat constant dins de l'organisme, i
també l'ajuden a mantenir constant el pH.
- Les substàncies minerals associades a molècules orgàniques
se solen trobar juntament amb proteïnes; juntament amb lípids i també
amb glúcids.
Les funcions més importants de les substàncies minerals en els
organismes són:
- Formar estructures esquelètiques
- Estabilitzar dispersions col·loïdals
- Mantenir el grau de salinitat dels organismes en el medi intern
- Constituir solucions amortidores.
- Accions específiques
Les dissolucions i les dispersions col·loïdals
En els éssers vius l'estat líquid està constituït per dispersions de
molts tipus de molècules disperses o soluts i un sol tipus de fase
dispersant o dissolvent, que és l'aigua.
Les dispersions de
solut de pes molecular baix s'anomenen dissolucions veritables o simplement
dissolucions, i les de pes molecular elevat s'anomenen dispersions
col·loïdals.
Les propietats de les dissolucions veritables: Són les que tenen més interès en
biologia són la difusió, l'osmosi i l'estabilitat del
grau d'acidesa o pH.
- Difusió. És la repartició homogènia de les partícules d'un
fluid en el si d'un altre en posar-los en contacte.
- Osmosi. És el pas de dissolvent entre dues solucions de
concentració diferent a través d'una membrana semipermeable que
impedeix el pas de les molècules de solut. La membrana citoplasmàtica
dóna lloc a diferents respostes davant de la pressió osmòtica del
medi extern. Si aquest és isotònic respecte del medi intern
cel·lular, és a dir, té la mateixa concentració, la cèl·lula no es
deforma. Si el medi extern és hipotònic ( menys concentrat ),
la cèl·lula s'infla perquè hi entra aigua a l'interior. Si el medi
extern és hipertònic ( més concentrat ), la cèl·lula perd
aigua i s'arruga, i així té lloc un fenomen de plasmòlisi que
acaba amb la ruptura de la membrana.
- Estabilitat del grau d'acidesa o pH. El pH es defineix
com el logaritme decimal canviat de signe de la concentració d'ions
hidroni. Els valor de pH oscil·len entre 0 i 14. Així, segons si
superen o no el valor mitjà de 7, podem distingir els tipus de
dissolucions següents:
- pH > 7 Dissolució bàsica
- pH = 7 Dissolució neutra
- pH < 7 Dissolució àcida
Tots els éssers vius mantenen constant el pH del seu medi intern.
Això s'aconsegueix, sobretot, gràcies a les sals minerals dissoltes,
que constitueixen les anomenades dissolucions tampó.
Les propietats de les dispersions col·loïdals: La major part dels líquids dels éssers vius
ho són.
- Capacitat de presentar-se en estat de gel: poden presentar en dos estats: en forma de sol o
estar líquid, i en forma de gel o estat semisòlid.
- Elevada viscositat. És la resistència interna
que presenta un líquid al moviment relatiu de les seves molècules.
- Elevat poder adsorbent. És l'atracció que
exerceix la superfície d'un sòlid sobre les molècules d'un líquid o
d'un gas. (adsorció=adhesió
de les molècules d'un fluid a una superfície, absorció=penetració).
- Efecte Tyndall. En les dispersions col·loïdals s'hi observa
una certa opalescència provocada per la reflexió dels rajos
lluminosos.
- Sedimentació. Les dispersions col·loïdals són estables en
condicions normals: però si se sotmeten a forts camps gravitatoris, es
pot aconseguir que sedimentin les seves partícules.
- Diàlisi. És la separació de les partícules disperses
d'elevat pes molecular ( col·loïdes ) de les de baix pes molecular (
cristal·loïdes ), gràcies a una membrana semipermeable que tan sols
deixa passar les molècules petites, però no les grans.
- Electroforesi. És el transport de les partícules
col·loïdals gràcies a l'acció d'un camp elèctric a través d'un
gel.
En resum, les dispersions col·loïdals es diferencien de les
dissolucions veritables en el fet que les partícules d'aquestes darreres no
formen gels, la seva viscositat en general és baixa, no són adsorbents,
són òpticament buides, no sedimenten per ultracentrifugació i no es poden
separar els soluts per electroforesi.
Compostos orgànics
Els glúcids: Són biomolècules formades per carboni,
hidrogen i oxigen. Se'ls sol anomenar hidrats de carboni
o carbohidrats. Els glúcids estan formats per àtoms de carboni
units a grups alcohòlics, també anomenats radicals hidroxil, i a
radicals hidrogen. En tots els glúcids sempre hi ha un grup carbonil,
és a dir, un carboni unit a un oxigen mitjançant un doble enllaç. El grup
carbonil pot ser un grup aldehid o un grup cetònic. Així doncs, els
glúcids es poden definir com a polihidroxialdehids o polihidroxicetones.
Classificació: Es classifiquen segons el nombre de cadenes
polihidroxialdehídiques o polihidroxicetòniques que continguin. Tipus:
- Monosacàrids
- Oligosacàrids
- Polisacàrids.
- Heteropolisacàrids.
A més d'aquests tres grups, hi ha els compostos formats per la unió de
glúcids i altres substàncies no glucídiques.
Els monosacàrids: Són glúcids constituïts per una sola cadena
polihidroxialdehídica o polihidroxicetònica. Per això no es poden
descompondre per hidròlisi. S'anomenen afegint la terminació -osa al
nombre de carbonis (Ex. triosa, tetrosa, pentosa, hexosa, etc.)
- Propietats físiques. Són sòlids cristal·lins, de color
blanc, hidrosolubles i de gust dolç.
- Propietats químiques. S'oxiden,
és a dir, perden electrons, davant d'altres substàncies que quan
els accepten es redueixen. Tenen la capacitat per associar-se amb grups
amino.
Les trioses: Formats per tres àtoms de carboni. Hi ha dues
trioses: una
que té un grup adehid i una altra que té un grup cetònic. L'aldotriosa
s'anomena gliceraldehid, i la cetotriosa s'anomena dihidroxiacetona.
El gliceraldehid té un àtom de carboni, el segon, asimètric. Si
situem a dalt el grup adehid i ens fixem en aquest carboni, s'himpoden
distingir dos isòmers espacials o estereoisòmers: el
D-gliceraldehid i el L-gliceraldehid. La presència de carbonis asimètrics
dóna a aquestes molècules la propietat de l'activitat òptica. La
dihidroxiacetona no té cap carboni asimètric i, per tant, no presenta
activitat òptica.
Les tetroses: Formats per quatre àtoms de carboni. Hi ha dues
aldotetroses, la treosa i l'eritrosa, i una cetotetrosa, l'eritrulosa.
La terminació -ulosa és comuna en les cetotetroses i en les
cetopentoses. En les aldotetroses hi ha dos carbonis asimètrics. Dos
glúcids que tan sols es diferencien en la posició del grup hidroxil en un
carboni asimètric s'anomenen epímers.
Les pentoses: Són glúcids amb cinc àtoms de carboni. En les
aldopentoses, com que hi
ha tres carbonis asimètrics, hi apareixen vuit possibles estructures
moleculars. En la naturalesa tan sols se'n troben quatre: la D-ribosa,
la D-2-desoxiribosa, la D-xilosa i la L-arabinosa.
Entre les cetopentoses cal esmentar la D-ribulosa, que exerceix un
paper important en la fotosíntesi, ja que s'uneix a la molècula de diòxid
de carboni, que així queda incorporada al cicle de la matèria viva.
Les hexoses: Són glúcids amb sis àtoms de carboni. Les aldohexoses tenen quatre
carbonis asimètrics i, per tant, hi ha setze possibles estructures
moleculars diferents. L'estructura oberta de les hexoses en dissolució lineal generalment es
tanca sobre si mateixa i forma un hexàgon, semblant al d'una molècula
anomenada piran, o un pentàgon, semblant al d'una molècula
anomenada furan. Tenen interès:
- Glucosa. És el glúcid més abundant. En la naturalesa es
troba la D-( + )-glucosa, també anomenada per això dextrosa.
Les estructures cícliques de la glucosa no són planes sinó que poden
adoptar dues configuracions en l'espai: la configuració de nau i
la configuració de cadira.
- Galactosa. Es pot trobar en l'orina dels animals. Juntament amb
la D-glucosa forma el disacàrid lactosa, glúcid propi de la llet.
- Mannosa. També és una aldohexosa. Generalment es troba en
forma de D-mannosa en alguns teixits vegetals i polimeritzada formant
els mannans, en bacteris, llevats i plantes superiors.
- Fructosa. És una cetohexosa. És molt levogira, per la qual
cosa també s'anomena levulosa. Es troba lliure a la fruita i,
associada amb la glucosa, forma la sacarosa. Al fetge es transforma en
glucosa.
Els enllaços N-glicosídic i O-glicosídic
Hi ha dos tipus d'enllaç entre un monosacàrid i altres molècules:
l'enllaç N-glicosídic que es forma entre un -OH i un compost aminat, i
l'enllaç O-glicosídic, que es duu a terme entre dos -OH de dos
monosacàrids. Mitjançant l'enllaç N-glicosídic es formen aminosucres.
Les substàncies derivades dels monosacàrids: Les que tenen interès
biològic són:
- els aminoglúcids. Aquests provenen de la substitució
d'un grup alcohòlic per un grup amino.
Els més importants són: D-glucosamina, la
N-acetilglucosamina, l'àcid N-acetilmuràmic i els àcids
siàlics.
- els polialcohols, el sorbitol, els glicoàcids i, la vitamina C.
Els disacàrids (oligosacàrids): Formats per la unió de dos monosacàrids, que es
fa de dues maneres:
- Mitjançant l'enllaç monocarbonílic entre el carboni
anomèric del primer monosacàrid i un carboni qualsevol no anomèric
del segon. La terminació del nom del primer monosacàrid és -osil
i la del segon monosacàrid és -osa.
- Mitjançant l'enllaç dicarbonílic, si s'estableix entre els
dos carbonis anomèrics dels dos monosacàrids. La terminació del nom
del primer monosacàrid és -osil i la del segon monosacàrid és
-òsid.
Disacàrids més importants amb interès biològic:
- Maltosa. Format per dues molècules de
D-glucopiranosa unides per mitjà de l'enllaç a ( 1
-> 4 ). La maltosa es troba lliure en el gra germinat de l'ordi.
- Cel·lobiosa. Format per dues molècules de
D-glucopiranosa unides per mitjà de l'enllaç b
( 1-> 4 ).S'obté per hidròlisi de la cel·lulosa.
- Lactosa. Format per una molècula de
D-galactopiranosa i una altra de D-glucopiranosa per mitjà de l'enllaç
b ( 1 -> 4 )Es troba lliure a la
llet dels mamífers.
- Sacarosa. Format per una molècula de a-D-glucopiranosa
i una altra de b -D-fructofuranosa unides per
mitjà d'un enllaç a ( 1->2 ). Es troba a
la canya de sucre i a la remolatxa sucrera.
- Isomaltosa. Format per dues molècules de
D-glucopiranosa per mitjà de l'enllaç a (
1 -> 6 ). S'obté per hidròlisi de l'amilopectina ( un component del
midó ) i del glicogen.
Els polisacàrids: Estan formats per la unió de molts monosacàrids per
mitjà de l'enllaç O-glicosídic, amb la pèrdua d'una
molècula d'aigua per cadascun dels enllaços. Tenen pesos moleculars molt
elevats, poden ser insolubles o formar dispersions col·loïdals. Poden
exercir funcions estructurals o de reserva energètica. Tipus:
- Els homopolisacàrids, o polímers d'un
sol tipus de monosacàrid.
- Els heteropolisacàrids, quan en el polímer
intervé més d'un tipus de monosacàrid.
Els homopolisacàrids es
classifiquen segons el tipus de monosacàrid que es repeteix i també segons
el tipus d'enllaç.
El midó: Polisacàrid de reserva propi dels vegetals. S'acumula en
forma de grànuls dins de la cèl·lula vegetal, al l'interior dels plasts.
Al midó es troben unides milers de molècules de glucosa. Els dipòsits de
midó es troben a les llavors i als tubercles, com ara la patata i el
moniato. A partir d'aquests, les plantes poden obtenir energia sense
necessitat de llum.
El midó està integrat dins de dos polímers:
- Amilosa. Està constituïda per un polímer de maltoses unides
per mitjà d'enllaços a ( 1-> 4 ). Té
una estructura helicoïdal amb sis molècules de glucosa ( tres maltoses
per volta ). És soluble en aigua, i dóna dispersions col·loïdals.
- Amilopectina. Està constituïda per un polímer de maltoses unides
per mitjà d'enllaços a ( 1-> 4 ), amb
ramificacions en posició a ( 1-> 6 ) .
És una estructura ramificada.
El glicogen: Propi dels animals. Es troba abundantment
al fetge i als músculs. Forma dispersions col·loïdals a l'interior de la
cèl·lula. El glicogen està constituït per un polímer de maltoses unides
per mitjà d'enllaços a ( 1-> 4 ),amb
ramificacions en posició a ( 1-> 6 ), però
amb més abundància de branques.
La cel·lulosa: És l'element més important de la paret vegetal. Les fibres
vegetals i l'interior del tronc dels arbres estan formats bàsicament per
parets cel·lulòsiques de cèl·lules mortes. El cotó és gairebé
cel·lulosa pura. És un polímer de b-D-glucopiranoses
unides per mitjà d'enllaços b ( 1->4 ), dues
de les quals formen una cel·lobiosa. Formen cadenes moleculars no ramificades, que es poden disposar
paral·lelament unint-se per mitjà d'enllaços de pont d'hidrogen, en
agregats cristal·lins molt ordenats, que generalment estan envoltats
d'altres cadenes no tan ordenades. El conjunt s'anomena micel·la.
Les micel·les s'uneixen i formen microfibril·les. Aquestes s'uneixen i
formen fibres de cotó.
La quitina: És un polímer de N-acetil-D-glucosamina unit per mitjà
d'enllaços b ( 1->4 ). És el component
essencial de l'exosquelet dels artròpodes.
Els heteropolisacàrids: són polisacàrids que per hidròlisi donen
lloc a diferents de monosacàrids o de derivats.
Els més importants són:
- Al regne vegetal
- Pectina. Es troba a la paret cel·lular dels teixits vegetals.
Abunda a la poma, la pera, la pruna i el codony. Posseeix una gran
capacitat gelificant que s'aprofita per preparar melmelades.
- Agar. S'extreu de les algues vermelles. És molt hidròfil i
s'utilitza en microbiologia per preparar medis de cultiu.
- Goma aràbiga. És una substància secretada per les plantes
per tancar les ferides que es puguin fer.
- Al regne animal
- Glicosaminoglicans estructurals. Els més importants són
l'àcid hialurònic i els sulfats de condroïtina. Són
heteropolisacàrids que presenten alternança d'enllaços b
( 1-> 4 ) i enllaços b (
1-> 3 ). Formen la matriu extracel·lular.
- Glicosaminoglicans de secreció. El més conegut és l'heparina.
És un heteropolisacàrid que presenta l'alternança d'enllaços a
( 1-> 3 ) i enllaços a (
1-> 3 ). Es troba en la substància intercel·lular, principalment en
el fetge i al pulmó. En medicina s'utilitza per evitar la trombosi.
Els glúcids associats a un altre tipus de molècules:
- Els heteròsids: Resulten de la unió d'un monosacàrid, o d'un
petit oligosacàrid, amb una molècula o grup de molècules no glucídiques,
també de baix pes molecular, anomenades aglicona. Els més
importants són la digitalina; els antociànosids; els tannòsids; alguns antibiòtics, com
l'estreptomicina; els nucleòtids, etc.
-
Els peptidoglicans o mureïna: Resulten de la unió de cadenes
d'heteropolisacàrids per mitjà de petits oligopèptids de cinc
aminoàcids. Constitueixen la paret bacteriana.
-
Les glicoproteïnes són molècules formades per una petita
fracció glucídica i una gran fracció proteica, que s'uneixen per mitjà
d'enllaços forts ( covalents ). Les més importants són les mucines de secreció;
les glicoproteïnes de la sang; les hormones gonadotròpiques; alguns enzims
ribonucleases i les anomenades glicoproteïnes de les membranes cel·lulars.
-
Els glicolípids estan constituïts per monosacàrids o
oligosacàrids units a lípids. Generalment es troben a la membrana
cel·lular. Els més coneguts són els cerebròsids i els gangliòsids.
- Els cerebròsids són glicolípids en els quals hi ha una
cadena d'un a quinze monosacàrids.
- Els gangliòsids són els glicolípids en els quals hi ha un
oligosacàrid en el qual sempre apareix l'àcid siàlic.
Les funcions generals dels glúcids: Són un dels quatre principis immediats orgànics propis
dels éssers vius. La proporció en les plantes és molt més gran que en
els animals. Es forma directament en la fotosíntesi. En els éssers vius fan dues funcions principals:
- Pel que fa a la funció energètica, el glúcid més important
és la glucosa, ja que és el monosacàrid més abundant en el medi
intern.
- Pel que fa a la funció estructural, cal destacar la
importància de l'enllaç b, que impedeix la
degradació d'aquestes molècules i fa que alguns organismes puguin
viure centenars d'anys. Entre els glúcids amb funció estructural podem
esmentar la cel·lulosa en els vegetals; la quitina en els artròpodes,
etc.
Unes altres funcions específiques de determinats glúcids són, per
exemple, la d'antibiòtic, la de vitamina, l'anticoagulant, l'hormonal,
l'enzimàtica i la immunològica.
Els lípids: Son el grup de biomolècules orgàniques que
compleixen les dues característiques següents:
- Són insolubles en aigua i en altres dissolvents polars.
- Són solubles en dissolvents orgànics, és a dir, dissolvents no
polars, com l'octà, l'èter, el cloroform, els benzè, etc.
- Els lípids són un grup molt heterogeni de substàncies. Bàsicament
estan compostos per carboni i hidrogen. La majoria, a
més, també presenta oxigen, però en proporcions molt baixes. A
més, alguns lípids contenen fòsfor, nitrogen i sofre.
La classificació dels lípids: Dos grups: lípids amb àcids grassos o
saponificables i lípids sense àcids grassos o insaponificables.
Els àcids grassos: Són molècules formades per una llarga cadena
hidrocarbonada de tipus alifàtic, és a dir, lineal, amb un nombre parell
d'àtoms de carboni, el darrer dels quals constitueix un grup carboxil,
també anomenat grup àcid. Es coneixen uns setanta àcids grassos,
que es poden classificar en dos grups:
- saturats tan sols tenen enllaços simples
entre els àtoms de carboni, i les cadenes hidrocarbonades són lineals
(Ex. mirístic, el palmític i
l'esteàric).
- insaturats tenen un o diversos enllaços
dobles a la cadenes hidrocarbonada i les seves molècules presenten
colzes, amb canvis de direcció, als llocs on hi ha un doble enllaç
entre àtoms de carboni (Ex. l'oleic i el linoleic).
Les propietats químiques dels àcids grassos: Es comporten com a àcids moderadament
forts. Fet que
els permet dur a terme reaccions:
- En l'esterificació un àcid gras s'uneix a un alcohol per
mitjà d'un enllaç covalent; es forma un èster i s'allibera una
molècula d'aigua.
- La saponificació és una reacció típica dels àcids grassos,
en el qual reaccionen amb àlcalis i donen lloc a una sal d'àcid gras,
que s'anomena sabó.
- autooxidació
Les propietats físiques dels àcids grassos:
- La solubilitat. Els àcids grassos de 4 i 6 carbonis són
solubles en aigua, però a partir de 8 carbonis són pràcticament
insolubles.
- El punt de fusió. Els àcids grassos tendeixen a agrupar-se
perquè entre els trams lipòfils de les cadenes es formen enllaços de
van der Waals. Com que per fondre'ls cal trencar aquests enllaços i
separar-ne les molècules, en els àcids grassos saturats, com més alt
és el nombre de carbonis, més enllaços cal trencar, més energia
calorífica s'ha de desgastar i, per tant, més alt és el punt de
fusió.
Els lípids amb àcids grassos o saponificables: Contenen àcids grassos que poden
ser alliberats per mitjà d'una hidròlisi. Tots són èters d'àcids grassos i un alcohol
o un aminoalcohol.Tipus:
- Els lípids simples: Són saponificables en la composició química dels quals tan
sols intervé carboni, hidrogen i oxigen. Hi ha dos grups:
- Acilglicèrids. Formats per l'esterificació
d'una dues o tres molècules d'àcids grassos amb una molècula de
glicerina. També reben el nom de glicèrids o greixos simples. Segons
els nombre d'àcids grassos que formen la molècula dels acilglicèrids,
es distingeixen tres tipus d'aquests lípids:
- monoacilglicèrids
- diacilglicèrids
- triacilglicèrids
Si presenta com a
mínim un àcid gras insaturat, aquest acilglicèrid és líquid i rep
el nom d'oli. Si tots els àcids grassos són saturats, és sòlid i rep el nom de sèu. Si
l'acilglicèrid és semisòlid, rep el nom de mantega. Tots són insolubles en
aigua. Els triacilglicèrids estan
mancats de polaritat, també s'anomenen greixos neutres.
- Cèrids. S'obtenen per esterificació d'un àcid gras
amb un alcohol monovalent de cadena llarga. També es poden
trobar barrejats amb àcids grassos lliures i esteroides, com en la cera
d'abella, l'espermaceti de les balenes, la lanolina o cera protectora de
la llana, el cerumen del conducte auditiu, etc.
- Els lípids complexos: Són saponificables en l'estructura molecular també hi ha nitrogen, fòsfor, sofre o un
glúcid. Constitueixen la
doble capa lipídica de les membranes citoplasmàtiques,
també s'anomenen lípids de membrana. Grups:
- Fosfolípids. Presenten un àcid ortofosfòric a la zona polar. Són les molècules
més abundants a la membrana citoplasmàtica. Els fosfolípids es
divideixen en:
- Fosfoglicèrids. Estan formats per l'esterificació d'un
àcid fosfatídic amb un alcohol o aminoalcohol.
- Els fosfoesfingolípids estan formats per la unió d'un
àcid gras i una esfingosina, conjunt que s'anomena ceramida, al
qual s'uneix un grup fosfat i un aminoalcohol.
El fosfoesfingolípid més abundant és l'esfingomielina.
Els fosfolípids posseeixen un comportament amfipàtic, ja que
presenten una zona polar, formada pel grup fosfat unit a un alcohol o un
aminoalcohol, i una zona lipòfila en la qual hi ha dos àcids grassos.
Aquest comportament amfipàtic els permet formar les bicapes
lipídiques, estructura bàsica de les membranes cel·lulars.
- Glicolípids. Són lípids complexos formats per la unió d'una
ceramida i un glúcid. Igual que els fosfoesfingolípids,
posseeixen esfingosina, però es diferencien d'aquests perquè estan
mancats del grup fosfat i perquè, en lloc d'un alcohol, presenten un
glúcid. Es troben formant part de les bicapes lipídiques de les
membranes citoplasmàtiques de totes les cèl·lules, especialment les
neurones del
cervell. Grups:
- cerebròsids són molècules en les quals una
cadena glucídica que pot tenir entre un i quinze monosacàrids s'uneix
a la ceramida.
- gangliòsids són molècules en
les quals la ceramida s'uneix a un oligosacàrid complex en el qual
sempre hi ha l'àcid siàlic.
Els lípids sense àcids grassos o insaponificables:
- Els terpens o isoprenoides. Són molècules lineals o cícliques formades
per la polimerització de l'isoprè. Es classifiquen segons el nombre de molècules
d'isoprè que contenen:
- monoterpens (2 molècules), algunes essències vegetals
(EX. metanol de
la menta, el limonè de la llimona i el geraniol del gerani).
- diterpens (4 molècules), el fitol, alcohol que forma part de la
clorofil·la, i les vitamines A, E i K.
- tetraterpens i carotenoides, que són pigments
fotosintètics. Es divideixen en carotens, de color vermell, i
xantofil·les, de color groc. Els carotenoides són precursors de la
vitamina A.
- Entre els politerpens, el cautxú.
- Els esteroides: Deriven de l'esterà o ciclopentà
perhidrofenantrè. Grups:
- esterols. Posseeixen un grup hidroxil
unit al carboni 3 i una cadena alifàtica en el carboni 17 (Ex. el colesterol, els àcids biliars, les vitamines D
i l'estradiol).
- hormones esteroides. Es caracteritzen per la presència
d'un àtom d'oxigen unit al carboni 3 per mitjà d'un doble enllaç. Hi
ha dos grups d'hormones derivades de l'esterà: les hormones suprarenals
i les hormones sexuals.
Les prostaglandines: La molècula bàsica és el
prostanat, constituït per vint carbonis que formen un anell ciclopentà i
dues cadenes alifàtiques. Es sintetitzen a partir dels àcids grassos
insaturats que formen part dels fosfolípids de les membranes cel·lulars.
Les funcions són molt diverses: la producció de les substàncies que regulen la
coagulació de la sang i el tancament de les ferides.
Les funcions dels lípids:
- de reserva. Són la principal reserva
energètica de l'organisme.
- estructural. En la cèl·lula, els lípids formen les
bicapes lipídiques de les membranes citoplasmàtiques i de les
membranes dels orgànuls cel·lulars.
- biocatalitzadora. Són
substàncies que possibiliten o afavoreixen les reaccions químiques que
es produeixen en els éssers vius.
- transportadora. El transport dels lípids des de
l'intestí fins al lloc on s'utilitzen o fins al teixit adipós, on
s'emmagatzemen.
Les proteines: Es un polímer d'aminoàcids. Un aminoàcid
és una biomolècula orgànica de pes molecular baix constituïda per un
carboni al qual hi ha units un grup amino, un grup àcid, un hidrogen i un
grup variable, que se sol simbolitzar amb una R. En dos tipus d'aminoàcids
en R hi ha un àtom de sofre. Per això les proteïnes estan constituïdes
per carboni, hidrogen, oxigen i nitrogen, i generalment també
sofre.
Els enllaços químics entre aminoàcids s'anomenen enllaços
peptídics, i les cadenes formades, pèptids. Quan el nombre
d'aminoàcids que formen la molècula del pèptid és inferior a deu,
s'anomena oligopèptid, i si és superior a deu, rep el nom de polipèptid.
Tan sols quan un polipèptid està constituït per més de cinquanta
aminoàcids, se sol considerar que ja és una proteïna.
La classificació de les proteïnes: Si la proteïna està constituïda exclusivament d'aminoàcids, s'anomena
holoproteïna. Quan, a més d'aminoàcids, presenta algun altre tipus
de molècula, rep el nom d'heteroproteïna.
Els aminoàcids: Són compostos orgànics que es caracteritzen pel fet de
posseir un grup carboxil i un grup amino. En els aminoàcids naturals els
dos grups s'uneixen al mateix carboni, i per això s'anomenen de tipus a.
Els aminoàcids són compostos sòlids, cristal·lins, amb un punt de fusió
elevat, solubles en aigua, amb activitat òptica i amb un comportament
químic amfòter.
La classificació dels aminoàcids: Segons els radical R que s'enllaci al carboni
a, es poden classificar en:
- Aminoàcids alifàtics. El radical R
és una cadena hidrocarbonada oberta. Es
classifiquen en:
- Neutres: R no posseeix grups carboxil ni
amino.
- Àcids. R presenta grups carboxil, però no
amino.
- Bàsics. R té grups amino, però no grups
carboxil.
- Aminoàcids aromàtics. Són aquells el radical R dels quals
és una cadena tancada, generalment relacionada amb el benzè.
- Aminoàcids heterocíclics. Són aquells el radical R dels
quals és una cadena tancada, generalment amb alguns àtoms
diferents del carboni i de l'hidrogen.
Les propietats dels aminoàcids:
- Activitat òptica: Són capaços de desviar el pla de llum polaritzada
que travessa una dissolució d'aminoàcids, és a dir, presenten una activitat
òptica.
Si desvia el pla de llum polaritzada cap a la dreta,
s'anomena dextrogir o ( + ), i si ho fa cap a l'esquerra,
levogir o ( - ).
- Comportament químic
En dissolució aquosa, els aminoàcids mostren un comportament
amfòter (es poden ionitzar).
L'enllaç peptídic: Els pèptids estan formats per la unió d'aminoàcids per mitjà d'un
enllaç peptídic. Quan el nombre d'aminoàcids que formen la molècula del
pèptid és inferior a deu, s'anomena oligopèptid, i si és superior
a deu, rep el nom de polipèptid.
L'enllaç peptídic és un enllaç covalent que s'estableix entre el grup
carboxil d'un aminoàcid i el grup amino del següent, enllaç que dóna
lloc al desprendiment d'una molècula d'aigua.
L'estructura de les proteïnes: L'organització d'una proteïna està definida per quatre nivells
estructurals:
- L'estructura primària: Indica quins aminoàcids componen la cadena
polipeptídica i l'ordre en què es troben.
Totes les proteïnes presenten un extrem N-terminal, en el qual es
troba el primer aminoàcid amb el seu grup amino lliure, i un extrem C-terminal,
en el qual està situat el darrer aminoàcid amb el seu grup carboxil
lliure.
- L'estructura secundària: És la disposició de la seqüència
d'aminoàcids o estructura primària en l'espai. Tipus de disposició a
l'espai:
- a-hèlix: Es
forma quan l'estructura primària s'enrotlla helicoïdalment sobre si
mateixa.
- Hèlix de col·lagen: Té una disposició una mica més
allargada que la a-hèlix a causa de
l'abundància de prolina i hidroxiprolina. Tenen una estructura que dificulta molt la formació
d'enllaços d'hidrogen.
- Conformació-b:
L'estructura primària d'una proteïna també pot adoptar una
disposició b. Els
aminoàcids no formen una hèlix, sinó una cadena en forma de zig-zag,
ja que no hi ha enllaços d'hidrogen que uneixen els aminoàcids
pròxims.
-
L'estructura terciària: Informa sobre la
disposició de l'estructura secundària d'un polipèptid quan es plega sobre
si mateixa i origina una conformació globular.
-
L'estructura quaternària: Informa de la unió, per mitjà
d'enllaços febles, de diverses cadenes polipeptídiques amb estructura
terciària, idèntiques o no, per formar un complex proteic. Cadascuna
d'aquestes cadenes polipeptídiques rep el nom de protòmer.
Les propietats de les proteïnes: Depenen dels radicals R lliures
i que aquests sobresurtin de la molècula e, per tant, tinguin la
possibilitat de reaccionar amb altres molècules.
Característiques:
- Solubilitat. Les proteïnes globulars són d'una gran mida
molecular, per la qual cosa, quan es dissolen, donen lloc a les
dispersions col·loïdals.
- Desnaturalització. Si en una dissolució de proteïnes es
produeixen canvis de pH, alteracions en la concentració, agitació
molecular o variacions de temperatura, la solubilitat de les proteïnes
pot disminuir i es pot arribar al punt que precipitin. Això es dóna
perquè els enllaços que mantenen la conformació globular es trenquen
i la proteïna adopta la conformació filamentosa. Aleshores, la capa de
molècules proteiques, que tendeixen a unir-se entre si, de manera que
donen lloc a grans partícules que precipiten. A més, les seves
propietats biocatalitzadores desapareixen quan el centre actiu s'altera.
Aquesta variació de la conformació s'anomena desnaturalització.
- Especificitat. En la seqüència d'aminoàcids les proteïnes
presenten sectors estables i sectors variables, en els quals alguns
aminoàcids poden ser substituïts per d'altres de diferents sense que
s'alteri la funcionalitat de la molècula. Això ha donat lloc, durant
el procés evolutiu, a una gran variabilitat de molècules proteiques,
fet que permet que cada espècie tingui proteïnes específiques
i que, fins i tot, apareguin diferències entre individus de la mateixa
espècie.
- Capacitat amortidora. Les proteïnes, com que estan
constituïdes per aminoàcids, tenen comportament amfòter.
La classificació de les holoproteïnes: Segons l'estructura terciària es poden
classificar en:
- Les proteïnes filamentoses o escleroproteïnes: Són insolubles en aigua i es troben principalment en animals. Pertanyen
a aquest grup els col·làgens, les queratines, les elastines i les
fibroïnes.
- Les proteïnes globulars o esferoproteïnes: Generalment són solubles en aigua i en dissolucions polars. Pertanyen a
aquest grup les protamines, les histones, les prolamines, les glutenines,
les albúmines i les globulines.
Les heteroproteïnes: Són molècules formades per la unió d'un grup
proteic amb un altre de no proteic, anomenat grup prostètic.
Segons el seu grup prostètic, les heteroproteïnes es classifiquen en:
cromoproteïnes, glicoproteïnes, lipoproteïnes, fosfoproteïnes i
nucleoproteïnes.
- Les cromoproteïnes: Posseeixen com a grup prostètic una substància
pintada, per això també reben el nom de pigments. Segons la naturalesa del
grup prostètic, es divideixen en:
- Pigments porfirínics. Són cromoproteïnes el grup prostètic
de les quals és un anell tetrapirròlic o porfirina. Al centre
d'aquest anell hi ha un catió metàl·lic.
- Pigments no porfirínics. Són cromoproteïnes no porfiríniques
l'hemocianina i l'hemeritrina.
- Les glicoproteïnes: Tenen un grup prostètic que conté molècules de
glúcids com la glucosa, la galactosa, l'arabinosa, etc. La unió es fa per
mitjà d'un enllaç covalent entre un radical hidroxil del glúcid i un
radical amino del pròtid. Pertanyen a aquest grup:
- L'hormona estimulant del fol·licle ( FSH ), l'hormona
estimulant de la tiroide ( TSH ) i l'hormona luteïnitzant (
LH ).
- Els proteoglicans que es troben a les secrecions mucoses, en
líquids senovials i que constitueixen tendons. ossis i cartílags.
- Les glicoproteïnes sanguínies.
- Les immunoglobulines
- Les glicoproteïnes constituents del glicocàlix a les
membranes cel·lulars.
- Alguns enzims com les ribonucleases
- Lipoproteïnes. Són molècules el grup prostètic de les quals
està constituït per àcids grassos.
- Fosfoproteïnes. El seu grup prostètic és l'àcid fosfòric.
- Nucleoproteïnes. El seu grup prostètic és un àcid nucleic.
Les funcions generals de les proteïnes:
- estructural. Pel que fa a la cèl·lula, exerceixen
funcions estructurals les glicoproteïnes de les membranes plasmàtiques,
les proteïnes que formen part del microtúbuls del citosquelet, etc.
- transport. A més de les permeases, que regulen el
pas de molècules a través de la membrana cel·lular, els pigments
respiratoris ( hemoglobina, etc. ) s'encarreguen del transport d'oxigen
per la sang.
- enzimàtica. Els enzims més importants són: tripsina,
la ribonucleasa, la catalasa, la peroxidasa, els citocroms, etc.
- hormonal. Realitzen la funció hormonal la insulina del
pàncrees, la tiroxina de la tiroide, moltes hormones de la hipòfisi,
com ara la hormona del creixement, etc.
- defensa. Les proteïnes més importants que
exerceixen una acció de defensa de l'organisme són les g-globulines
que constitueixen els anticossos. També s'han d'incloure la trombina i
el fibrinogen.
- contràctil. Desenvolupen aquesta funció l'actina i la
miosina.
- reserva. Exerceixen aquesta funció l'ovoalbúmina
de la clara de l'ou, la caseïna de la llet, etc.
- homeostàtica. Algunes proteïnes sanguínies
participen en la regulació del pH gràcies a la capacitat amortidora
que tenen.
Biocatalitzadors
A les cèl·lules constantment tenen lloc nombrosos tipus de reaccions
químiques. Unes estan encaminades a sintetitzar noves molècules, i
d'altres, a degradar les existents. El conjunt de totes aquestes reaccions
bioquímiques s'anomena metabolisme cel·lular.
Les hormones són unes molècules secretades per determinades
glàndules, les quals actuen específicament sobre unes cèl·lules com a missatgers
químics, i així en regulen el metabolisme intern.
Les reaccions químiques i els biocatalitzadors: Moltes substàncies químiques, quan reaccionen, desprenen energia
calorífica; són les reaccions exergòniques. Aquest despreniment es dóna
perquè l'energia interna total dels reactius(energia química), és superior a l'energia interna de
les substàncies produïdes (productes). Aquestes
reaccions no es donen espontàniament, per iniciar una reacció, cal subministrar prou energia per debilitar els enllaços dels
reactius i possibilitar-ne la ruptura.
Aquest pas intermedi, que requereix una aportació d'energia, rep el nom
d'estat de transició. Fina a l'estat de transició s'anomena energia
d'activació.
Els enzims: Són els biocatalitzadors. Actuen rebaixant l'energia d'activació,
augmentant la velocitat de la reacció.
Els ribozims: Són una ARN capaços de catalitzar uns altres ARN,
als quals treuen o afegeixen nucleòtids, sense comunicar-se ells mateixos.
Els enzims compleixen les dues característiques de tots els
catalitzadors:
- Són substàncies que acceleren la reacció, fins i tot en quantitats
molt petites.
- No es consumeixen durant la reacció; per això, quant aquesta acaba
hi ha la mateixa quantitat que al principi.
A més, a diferència dels catalitzadors no biològics, els enzims
presenten les quatre característiques següents:
- Són molt específics, i això els permet actuar en una reacció
determinada sense alterar-ne d'altres.
- Sempre actuen a una temperatura ambient, és a dir, a la temperatura
de l'ésser viu.
- Són molt actius.
- Tenen un pes molecular molt elevat.
Segons l'estructura que presenten, es podem distingir dos tipus d'enzims:
els enzims estrictament proteics, que poden estar constituïts per
una o més cadenes polipeptídiques, i els holoenzims, que són els
enzims constituïts per una fracció polipeptídica anomenada apoenzim
i per una fracció no polipeptídica anomenada cofactor.
Els cofactors poden ser inorgànics o orgànics.
Són factors inorgànics els ions metàl·lics. Els orgànics s'anomenen coenzims.
Quan els cofactors, en lloc de trobar-se units dèbilment a la fracció
proteica o l'apoenzim, s'hi troben units fortament, s'anomenen grups
prostètics.
L'activitat enzimàtica: La substància sobre la qual actua un enzim s'anomena substrat.
Segons el substrat acturn:
- Un sol substrat (S): L'enzim (E) actua
fixant el substrat a la seva superfície (adsorció) per mitjà
d'enllaços febles, i així es forma l'anomenat complex enzim-substrat (ES).
- Dos substrats: Substrats (A i B) que reaccionen
entre si, els enzims (E) actuen atraient les molècules reaccionants cap a
la seva superfície (adsorció), de manera que la possibilitat que es
trobin augmenta i, en conseqüència, la reacció es produeix més
fàcilment.
Alguns enzims no són actius fins que no actuen sobre aquests altres
enzims ions. Aquests enzims s'anomenen zimògens o proenzims.
Alguna enzims es presenten en formes moleculars diferents, i són els
anomenats isoenzims.
El centre actiu de l'enzim: L'activitat catalitzadora dels enzims s'inicia amb la formació del
complex enzim-substrat (ES). Aquesta unió es duu a terme gràcies als
radicals d'uns quants aminoàcids que estableixen enllaços amb els
substrat, el fixen i després trenquen alguns del seus enllaços. La regió
de l'enzim que s'uneix al substrat rep el nom de centre actiu. Característiques:
- Constitueixen una part molt petita del volum total de l'enzim
- Tenen una estructura tridimensional en forma de forat que facilita que
el substrat hi encaixi.
- Estan formats per aminoàcids que, encara que estiguin distants en la
seqüència polipeptídica, a causa del plecs d'aquesta, queden propers.
- Els radicals d'alguns d'aquests aminoàcids presenten una afinitat
química pel substrat, per això l'atrauen i hi estableixen enllaços
febles.
En la cadena polipeptídica d'un enzim es poden distingir:
- Aminoàcids estructurals. Són els que no estableixen enllaços
químics amb el substrat.
- Aminoàcids de fixació. Són els que estableixen enllaços
febles amb el substrat i el fixen.
- Aminoàcids catalitzadors. Són els que estableixen enllaços,
febles o forts ( covalents ), amb el substrat, i provoquen la ruptura
d'algun dels seus enllaços.
L'especificitat dels enzims: Tan sols els substrats que tenen la forma adequada poden accedir al
centre actiu, tan sols els que poden establir un enllaç amb els radicals
del aminoàcids fixadors es poden fixar, i tan sols els que presenten un
enllaç susceptible de trencar-se proper als radicals dels aminoàcids
catalítics poden ser alterats. L'especificitat es pot donar en diversos graus:
- absoluta. L'enzim tan sols actua
sobre un substrat.
- de grup. L'enzim reconeix un grup
de molècules determinat.
- de classe. És L'actuació de l'enzim no depèn del tipus de molècula, sinó del tipus
d'enllaç.
La cinètica de l'activitat enzimàtica: En una reacció enzimàtica amb una concentració d'enzim constant, si
s'augmenta la concentració de substrat es produeix un augment de la
velocitat de reacció. Aquest increment en la velocitat de reacció es dóna
perquè, com que hi ha més molècules de substrat per unitat de volum,
s'augmenta la probabilitat de trobada entre enzim i substrat.
Si es va augmentant la concentració del substrat, arriba un moment en
què la velocitat de reacció deixa de créixer, és a dir, s'arriba a la velocitat
màxima. Això és degut al fet que totes les molècules d'enzim ja
estan ocupades per molècules de substrat, formant el complex enzim-substrat,
fet que s'anomena saturació de l'enzim. En la major part dels
enzims, la representació gràfica d'aquests valors dóna una hipèrbole.
A partir d'aquest comportament enzimàtic, Leonor Michaelis i Maud Menten va
definir una constant, anomenada constant de Michaelis-Menten, que és la
concentració del substrat en la qual la velocitat de reacció és la meitat
de la velocitat màxima.
S'anomena nombre de recanvi o constant catalítica el
nombre de molècules de substrat transformades per unitat de temps, i unitat
estàndard d'activitat enzimàtica, la quantitat d'enzim que transforma
1 micromol de substrat per minut.
Els factors que afecten l'activitat enzimàtica:
- Influència de la temperatura. Si se subministra a una reacció
enzimàtica energia calorífica, les molècules augmenten la mobilitat
i, per tant, el nombre de trobades moleculars; per això augmenta la
velocitat en què es forma el producte. Hi ha una temperatura òptima
per a la qual l'activitat enzimàtica és màxima.
- Influència del pH. Els enzims presenten dos valor límits de
pH entre els quals són eficaços. Traspassats aquests valors, els
enzims es desnaturalitzen i deixen d'actuar. Entre els dos límits hi ha
un pH òptim en el qual l'enzim presenta la màxima eficàcia.
- Inhibidors. Els inhibidors són substàncies que disminueixen
l'activitat d'un enzim o bé li impedeixen completament l'actuació.
Poden ser perjudicials o
beneficiosos.
La inhibició pot ser de dos tipus: irreversible i reversible.
- La inhibició irreversible, o enverinament de l'enzim, té
lloc quan l'inhibidor o verí es fixa permanentment al centre actiu
de l'enzim i n'altera l'estructura i, per tant, l'inutilitza.
- La inhibició reversible té lloc quan no s'inutilitza el
centre actiu, sinó que tan sols se n'impedeix temporalment el
funcionament. Hi dus modalitats: competitiva i no
competitiva.
- La inhibició reversible competitiva és la deguda a la
presència d'un inhibidor la molècula del qual és similar al
substrat, i per això competeix amb aquest en fixar-se al centre
actiu de l'enzim.
- La inhibició reversible no competitiva és la deguda a
l'inhibidor que o es fixa al complex enzim-substrat i n'impedeix
la separació, o bé s'uneix a l'enzim i impedeix l'accés del
substrat al centre actiu.
Els enzims al·lostèrics: Poden adoptar dues formes
estables diferents. Una és la configuració activa de l'enzim, i l'altra,
la configuració inactiva. A més del centre actiu, aquests enzims tenen
almenys un altre lloc, anomenat centre regulador, al qual es pot unir
una substància determinada, anomenada lligand. Sovint una sola de
les configuracions presenta afinitat pel lligand, i en aquests casos és la
presència del lligand la que determina el canvi de configuració en
l'enzim, l'anomenada transició al·lostèrica. Es coneixen dos tipus
de lligands segons la configuració induïda que afavoreixen: els activadors
o efectors, i els inhibidors.
L'al·losteria permet l'autoregulació de l'activitat enzimàtica. Casos:
- Regulació per retroinhibició o inhibició feed back. Es dóna
en enzims la configuració inicial dels quals és l'activa.
- Regulació per inducció enzimàtica. Es dóna en enzims la
configuració inicial dels quals és la inactiva.
El cooperativisme
Els enzims al·lostèrics solen estar formats per diverses subunitats
moleculars anomenades protòmers. Cada protòmer posseeix un centre
actiu i almenys un centre regulador. En molt enzims, quan al centre
regulador s'uneix una molècula anomenada activador o lligand,
la configuració del protòmer varia, de manera que fa funcional el centre
actiu. La variació en la configuració d'aquest protòmer es transmet
instantàniament als altres protòmers associats, que es fan, al seu torn,
actius. Aquest efecte s'anomena transmissió al·lostèrica.
D'aquesta manera, l'enzim passa d'estar inhibit a un estat actiu o
catalític.
Com que perquè un enzim al·lostèric actuï cal la unió d'un o més
lligands i després la del substrat, la velocitat de reacció en funció de
la concentració de substrat no augmenta tan ràpidament com en els enzims
no al·lostèrics. En canvi, si aquest enzim és una subunitat i la seva
transformació a l'estat actiu es transmet al·lostèricament a totes les
altres subunitats, són nombroses les que sobtadament comencen a actuar, fet
que s'anomena cooperativisme. Amb això es produeix un canvi de
velocitat de reacció molt gran, l'anomenada " llei del tot o res".
La representació gràfica de la relació entre la velocitat de reacció
i la concentració dels substrat no és una hipèrbole, sinó una corba
sigmoïdal ( corba en " S " ).
La regulació de les vies metabòliques: S'anomena via metabòlica la successió de reaccions químiques
que es condueix des d'una substància inicial ( substrat ), a través de
diferents compostos intermedis ( metabòlits ), fins a una substància final
( producte ). Es coneixen diferents maneres de regular una via metabòlica.
Les més important són:
- La regulació per retroinhibició o inhibició feed back de
l'activitat enzimàtica. El conjunt d'enzims que intervenen en una
via metabòlica s'anomena sistema multienzimàtic.
- La regulació per modulació de la síntesi enzimàtica. Atès
que molts enzims reguladors de velocitat tenen una mitjana de vida
relativament curta, d'unes quantes hores, una manera de controlar una
via és augmentant o disminuint la síntesi d'aquest enzim a
partir del gen que el codifica. En els organismes pluricel·lulars, els
inductors més important de la síntesi enzimàtica són les hormones.
Quan l'activitat d'un enzim està influïda per diferents tipus de
lligands, s'utilitza el concepte de multimodulació.
Disposició espacial dels enzims: En les vies metabòliques, el producte generat per un enzim és el
substrat de l'enzim següent; per això, per augmentar l'eficiència del
sistema, es donen la compartimentació, els complexos multienzimàtics i la
inclusió d'enzims a les membranes.
- Compartimentació. Consisteix a separar amb membranes els llocs
on es duen a terme les vies metabòliques que no es vol que es
relacionin.
- Complex multienzimàtic. És l'associació de diversos enzims
que actuen successivament en una via. El complex supramolecular
resultant és més eficaç que si els enzims estiguessin dispersos en el
medi.
- Inclusió a les membranes. Alguns enzims i alguns complexos
multienzimàtics estan englobats ordenadament a les membranes, de manera
que es facilita la unió entre els successius productes i els successiu
enzims.
Nomenclatura i classificació dels enzims: Per anomenar un enzim, primer s'esmenta el nom del substrat; a
continuació, el nom del coenzim, si n'hi ha, i, finalment, la funció que
exerceix. Generalment tan sols s'utilitza el nom del substrat acabat en -asa.
Per evitar qualsevol tipus d'error, a més hi ha una nomenclatura
numèrica. Cadascun dels enzims està numerat amb quatre xifres: la primera
indica la classe; la segona, la subclasse; la tercera, la divisió, i la
quarta, l'enzim concret.
Els enzims es classifiquen en sis classes, segons la funció que
exerceixen: oxidoreductases, transferases, hidrolases, liases, isomerases i
ligases o sintetases.
Un coenzim: És un cofactor orgànic que s'uneix a un apoenzim (
part proteica d'un enzim ) amb enllaços febles durant el procés catalític.
Els coenzims actuen com a donadors o receptors de grups químics, és a dir,
són transportadors de grups químics. Tipus:
- Els coenzims d'oxidació i reducció: Són els que transporten protons ( H+ ) i electrons ( e- ). El nom prové
del fet que oxidació és la pèrdua d'electrons i reducció n'és el guany.
- Els coenzims de transferència: Són els que transporten radicals.
Les vitamines: Són glúcids o lípids senzills que actuen com a
coenzims i que, en general, els animals no poden sintetitzar o ho fan en una
quantitat insuficient, per això necessiten ingerir-los en la dieta.
Les vitamines són substàncies làbils, que s'alteren amb facilitat amb
els canvis de temperatura, la llum o els emmagatzemaments prolongats.
Les plantes i els bacteris sintetitzen les vitamines. Els animals de
vegades no les troben formades del tot en els aliments, sinó en forma de provitamines,
que necessiten transformacions posteriors per crear les vitamines; per
exemple la vitamina A i D. En altres casos, la flora bacteriana és la que
aporta les vitamines, com passa amb la vitamina K. Es parla d'avitaminosi
si hi ha una mancança total d'una vitamina determinada; d'hipovitaminosi,
si la mancança és parcial, i hipervitaminosi, si hi ha un excés de
vitamina.
Les vitamines es classifiquen segons la solubilitat:
- Vitamines liposolubles. Són de naturalesa lipídica i, per
tant, soluble en dissolvents orgànics. Pertanyen a aquest grup les
vitamines A,D,E i K.
- Vitamines hidrosolubles. Són solubles en aigua i, per tant, es
difonen molt bé per la sang. Pertanyen a aquest grup les vitamines del
complex B ( vitamines B1, B2, B3, B5, B6, B8, B9, B12 ) i la vitamina C.
Les hormones: Regulen i coordinen l'activitat conjunta de les cèl·lules. En els animals,
aquest control l'exerceixen el sistema nerviós, neurosecreció de les neurones de
l'hipotàlem que produeixen neurohormones que van a parar a al sang i, les hormones,
i en els vegetals tan sols les hormones. Són substàncies
químiques produïdes per glàndules endocrines (secreció endocrina) o de secreció interna, ja
que vessen els seus productes ( hormones ) al medi intern ( sang, hemolimfa,
saba ). Actuen com a missatgers químics.
Únicament actuen sobre un òrgan determinat, anomenat òrgan blanc o
òrgan diana, les cèl·lules del qual són les úniques que tenen a
la membrana plasmàtica receptors específics ( receptors hormonals )
per a aquelles hormones que poden influir en l'activitat de l'òrgan
esmentat.
Les hormones són principalment proteïnes o esteroides, encara que
també n'hi ha de derivades dels aminoàcids i d'àcids
grassos.
Les hormones proteiques no penetren al medi intern de les
cèl·lules de l'òrgan blanc perquè tenen un pes molecular elevat.
Les hormones esteroides, a causa del baix pes molecular i la
liposolubilitat, travessen la membrana plasmàtica i es difonen pel
citoplasma, on s'uneixen als seus receptors específics, que després les
introduiran al nucli.
Les hormones exerceixen tres funcions:
- Estimulen la síntesi de determinades substàncies
- Regulen el metabolisme cel·lular
- Estimulen el creixement i la diferenciació cel·lular.
|
