Els enzims i el metabolisme: cinètica, respiració i fotosíntesi
Els enzims i el metabolisme és el bloc on es demana raonar més que memoritzar: interpretar gràfiques de cinètica enzimàtica, distingir tipus d'inhibició i fer balanços energètics de la respiració i la fotosíntesi. Són freqüents les preguntes de localització cel·lular de cada etapa i les que descriuen un gràfic en text.
Cinètica enzimàtica
- Els enzims són biocatalitzadors (majoritàriament proteïnes, alguns ARN) que disminueixen l'energia d'activació i augmenten la velocitat; no alteren el ΔG ni la constant d'equilibri.
- Centre actiu i especificitat (encaix induït); l'activitat depèn de temperatura, pH i concentració d'enzim i de substrat.
- Michaelis-Menten: v = Vmax·[S]/(Km + [S]). Km és la concentració de substrat per a v = Vmax/2 i indica afinitat: Km baixa, afinitat alta.
- Inhibidor competitiu: competeix pel centre actiu, Km augmenta i Vmax no canvia. Inhibidor no competitiu (al·lostèric): Vmax disminueix i Km no canvia.
Catabolisme: respiració cel·lular
- Glucòlisi (citosol): glucosa → 2 piruvat, 2 ATP nets i 2 NADH.
- Descarboxilació oxidativa del piruvat a acetil-CoA (matriu mitocondrial): 2 NADH per glucosa.
- Cicle de Krebs (matriu): dues voltes per glucosa → 6 NADH, 2 FADH2 i 2 ATP.
- Cadena transportadora i quimiosmosi (membrana interna, crestes): balanç clàssic de 36-38 ATP; els models actuals en calculen uns 30-32. L'acceptador final és l'O2, que es redueix a aigua.
- Fermentacions: només 2 ATP, però regeneren el NAD+.
Anabolisme: fotosíntesi
- Fase lluminosa (tilacoides): fotòlisi de l'aigua amb alliberament d'O2, fotosistemes II i I, producció d'ATP i NADPH.
- Cicle de Calvin (estroma): fixació del CO2 per la RuBisCO i síntesi de trioses amb consum d'ATP i NADPH.
- Equació global: 6 CO2 + 6 H2O → C6H12O6 + 6 O2.
Exemple resolt
Un enzim té Vmax = 100 µmol/min i Km = 2 mM. Amb [S] = 6 mM: v = 100 × 6/(2 + 6) = 75 µmol/min. Amb un inhibidor competitiu la corba es desplaça a la dreta: Km puja (per exemple a 6 mM) i Vmax continua sent 100. Amb un inhibidor no competitiu, Vmax baixa i Km es manté.
Errors que resten punts
Dir que els enzims aporten energia o desplacen l'equilibri; intercanviar els efectes dels dos inhibidors; oblidar que l'O2 desprès prové de l'aigua; situar el cicle de Krebs al citosol; i presentar un únic balanç d'ATP com a veritat absoluta sense indicar el model.