Metabolisme, Mitocondris i Reserves d'Energia Cel·lular

Definició de Metabolisme: Anabolisme i Catabolisme

• L’anabolisme és el conjunt de reaccions i vies de síntesi (a la figura, les fletxes de color taronja que assenyalen cap amunt: gluconeogènesi, glicogènesi, lipogènesi, esterificació, síntesi de proteïnes). Gràcies a una aportació energètica, transformen molècules senzilles en complexes, com ara compostos de reserva energètica (glicogen), estructurals (col·lagen, cel·lulosa, fosfolípids), enzimàtics (proteïnes) o informatius (àcids nucleics).
• El catabolisme és el conjunt de reaccions i vies de degradació (a la figura, les fletxes de color lila que assenyalen cap avall: glicogenòlisi, glucòlisi, lipòlisi, β-oxidació, proteòlisi, cicle de Krebs...). Aquestes vies transformen molècules complexes en d’altres de més senzilles, i així obtenen l’energia que es transporta en molècules d’ATP.
• Algunes d’aquestes vies necessiten oxigen molecular (vies aeròbiques), mentre que d’altres es poden produir sense oxigen (vies anaeròbiques).

Origen, Estructura i Funció dels Mitocondris

Respiració Cel·lular i Fermentació

Les cèl·lules han d’estar produint ATP contínuament i, per això, han d’oxidar molècules orgàniques, sobretot glucosa i àcids grassos. La respiració cel·lular utilitza oxigen per convertir-ho en CO₂ i H₂O. Una altra alternativa (sense oxigen) és la fermentació, on es converteixen en molècules orgàniques més simples, com l’àcid làctic.

Els primers passos en l’oxidació de la glucosa es fan al citosol, de manera anaeròbica. La fermentació làctica obté poca energia. Els enteròcits la utilitzen per obtenir l’energia necessària per absorbir els nutrients. Les cèl·lules del fetge i el cor, en canvi, obtenen la major part d’energia mitjançant la respiració cel·lular.

Estructura i Funció Mitocondrial

Els mitocondris són orgànuls que es troben a gairebé totes les cèl·lules eucariotes. Dins dels mitocondris s’aprecia un medi líquid anomenat matriu. Hi ha dues membranes, l'externa i la mitocondrial interna (que té crestes mitocondrials), separades per un espai intermembranós. Els mitocondris acaben l’oxidació de la glucosa i duen a terme l’oxidació completa dels àcids grassos, i amb això produeixen la majoria de l’ATP de la cèl·lula, gastant molècules d’O₂. Aquest procés es coneix com la respiració cel·lular.

L'Origen dels Mitocondris: Teoria Endosimbiòtica

Les seves dimensions són similars a les d’un bacteri. Contenen diferents molècules de DNA mitocondrial, de forma circular i amb gens propis. Contenen ribosomes similars als bacterians i tot el que necessiten per fabricar les seves pròpies proteïnes. Els mitocondris es formen per divisió a partir d’altres mitocondris.

La teoria endosimbiòtica consisteix en el fet que els mitocondris van ser fagocitats per les primeres cèl·lules eucariotes. Els precursors dels mitocondris van acabar vivint a l’interior de la cèl·lula en una situació de simbiosi. La cèl·lula hi guanya amb la gran capacitat productora d’energia dels mitocondris, amb una vida més fàcil i protegida dins de la cèl·lula eucariota.

Reserves Energètiques: Greix i Glucosa

Magatzem de Greix (Triacilglicèrids)

Els àcids grassos s’emmagatzemen en forma de triacilglicèrids. En els animals, els triacilglicèrids s’acumulen al teixit adipós, que es troba sota la pell, recobrint algunes vísceres i repartit per altres parts del cos. (Aquesta reserva d’energia podria augmentar els dies de supervivència d’una persona amb escassetat de menjar).

Regulació de la Gana: La Leptina

Els adipòcits produeixen una hormona peptídica, la leptina, en quantitat proporcional al greix que contenen. La leptina actua sobre l’hipotàlem de manera que, quan hi ha poca leptina, tenim molta gana.

D’altra banda, el greix té algun inconvenient com a magatzem: els àcids grassos només poden ser oxidats en presència d’oxigen, es transporten lentament a les cèl·lules i habitualment no són utilitzats per les neurones, que consumeixen una quarta part de l’energia.

Magatzem de Glucosa (Glicogen)

La insulina, una hormona que provoca consum de glucosa, és produïda per les cèl·lules beta del pàncrees. El glicogen és un polisacàrid format per la unió de molècules de glucosa per l'enllaç (1→4), amb ramificacions per l'enllaç (1→6).

Quan la glucèmia baixa, unes altres cèl·lules del pàncrees, les cèl·lules alfa, produeixen una segona hormona, el glucagó, que hidrolitza el glicogen i allibera glucosa en sang.

Què passa en dejú?

Quan s’exhaureix el glicogen del fetge, els músculs continuen obtenint energia de l’oxidació d’àcids grassos, però les neurones necessiten glucosa, que no pot ser fabricada a partir d’àcids grassos. Per això, es comencen a hidrolitzar proteïnes, sobretot musculars, i els aminoàcids es converteixen en glucosa. Si una persona deixés de menjar, o si se saltés habitualment l’esmorzar, perdria ràpidament massa muscular.