Respiració cel·lular: Cicle de Krebs i Fosforilació

1. El Cicle de Krebs: Descarboxilació oxidativa

En una cèl·lula eucariota, l'àcid pirúvic produït en la glicòlisi, per poder ser oxidat mitjançant la respiració, ha d'entrar a l'interior dels mitocondris. Com que l'àcid pirúvic no pot travessar la membrana per difusió, ha de ser introduït per una proteïna mitjançant transport actiu.

Una vegada dins, per unir-se al cicle de Krebs, s'ha de transformar en acetil-S-coenzim A. Aquest procés el realitza un conjunt d'enzims i coenzims anomenat sistema piruvat-deshidrogenasa. En aquest procés es distingeixen els següents canvis químics:

• Descarboxilació: Pèrdua del grup carboxil que s'allibera en forma de CO₂.
• Deshidrogenació: Pèrdua de 2 hidrògens acceptats per un NAD⁺, que es redueix a NADH + H⁺.
• Formació d'Acetilcoenzim A: Unió de l'ió acetat (CH₃–COO⁻) resultant a un coenzim A.

El Cicle de Krebs és una via metabòlica en la qual els grups acetil, aportats pels acetilcoenzims A, són degradats completament. Els dos carbonis donen lloc a dues molècules de CO₂, els hidrògens són captats pels coenzims NAD⁺ i FAD (que passen a NADH + H⁺ i FADH₂), i l'energia alliberada s'inverteix a sintetitzar una molècula de GTP, que equival a una molècula d'ATP.

2. La fosforilació oxidativa

La fosforilació oxidativa és la segona i última etapa de la respiració. Té com a finalitat l'oxidació dels coenzims reduïts (NADH i FADH₂) produïts en les etapes anteriors per sintetitzar ATP.

Transport d'electrons

La cadena transportadora d'electrons o cadena respiratòria està formada per molècules proteiques situades a la membrana interna dels mitocondris (o membrana plasmàtica en procariotes). Cada molècula accepta electrons de l'anterior (es redueix) i els transfereix a la següent (s'oxida). Els electrons procedeixen del NADH i FADH₂.

Els components principals són quatre complexos proteics (I, II, III i IV), la ubiquinona (Q) i el citocrom c.

Quimiosmosi

L'energia dels electrons s'utilitza per bombejar protons (H⁺) a l'espai intermembranós. Quan s'acumulen, els protons tornen a la matriu mitocondrial a través de l'ATP-sintetasa, generant ATP a partir d'ADP i fosfat inorgànic (Pi). El NADH permet la síntesi de 3 ATP, mentre que el FADH₂ en permet 2.

3. Nomenclatura i classificació dels enzims

1. Oxidoreductases: Catalitzen reaccions d'òxid-reducció.
2. Transferases: Transfereixen grups funcionals (ex. fosfat).
3. Hidrolases: Afegeixen una molècula d'H₂O.
4. Liases: Trenquen enllaços químics.
5. Isomerases: Reorganitzen l'estructura molecular.
6. Lligases: Uneixen molècules.

4. Factors que afecten l'activitat enzimàtica

1. Concentració de substrat: Es quantifica amb la constant de Michaelis-Menten (Km). Com menys Km, més gran és l'afinitat de l'enzim.
2. pH: Cada enzim té un pH òptim per a la seva activitat màxima.
3. Temperatura: Existeix una temperatura òptima; si s'excedeix, es produeix la desnaturalització.
4. Inhibidors: Substàncies que bloquegen l'activitat enzimàtica (ex. inhibició per retroalimentació).

5. Tipus d'inhibició enzimàtica

• Inhibició irreversible: L'inhibidor s'uneix permanentment al centre actiu.
• Inhibició reversible: L'inhibidor s'uneix temporalment:
  • No competitiva: Impedeix la unió al substrat.
  • Competitiva: L'inhibidor és similar al substrat i competeix pel centre actiu.
  • Acompetitiva: Impedeix la formació de producte.