Biosíntesis

La biosíntesis és un procés de múltiples passos, catalizado per enzimas, en el que els substrats es convertixen en productes més complexos en els organismes vius.^[1] En la biosíntesis, els composts simples es modifiquen, es convertixen en atres composts o s'unixen per a formar macromoléculas. Este procés a sovint consistix en vies metabòliques.^[2] Algunes d'estes vies biosintéticas s'ubiquen dins d'un sol orgànul celular, mentres que unes atres involucren enzimes que s'ubiquen dins de múltiples orgànuls celulars.^[3] Eixemples d'estes rutes biosintéticas inclouen la producció de components de membrana lipídica i nucleòtits. La biosíntesis sol ser sinònim d'anabolismo.^[4]

Els elements necessaris per a la biosíntesis inclouen: composts precursors, energia química (per eixemple, ATP), i enzimes catalítiques que poden requerir coenzimas (per eixemple, NADH, NADPH).^[1] Estos elements creen monòmers, els blocs de construcció per a macromolécula. Algunes macromolécula biològiques importants inclouen: proteïnas, que estan compostes per monòmers d'aminoàcits units per enllaços peptídicos, i molècules de ADN, que estan compostes per nucleòtits units per enllaços fosfodiéster.^[3]

Propietats de les reaccions químiques

La biosíntesis es produïx per una série de reaccions químiques. Per a que estes reaccions tinguen lloc, són necessaris els següents elements:^[3]^[2]

Composts precursors: estos composts són les molècules o substrats de partida en una reacció. Estos també poden ser vists com els reactius en un procés químic dau.

Energia química: l'energia química es pot trobar en forma de molècules d'alta energia. Estes molècules són necessàries per a reaccions desfavorables energèticament. Ademés, la hidrólisis d'estos composts impulsa una reacció cap a avant. Les molècules d'alta energia, com el ATP, tenen tres fosfats. A sovint, el fosfat terminal se separa durant la hidrólisis i es transferix a una atra molècula.^[1]
Enzimes catalítiques: estes molècules són proteïnas especials que catalizan una reacció en aumentar la velocitat de la reacció i disminuir la energia d'activació.^[1]
Coenzimas o cofactorés: els cofactores són molècules que ajuden en les reaccions químiques. Estos poden ser ions metàlics, derivats vitamínicos com NADH i acetil CoA, o derivats no vitamínicos com ATP. En el cas de NADH, la molècula transferix un hidrogen, mentres que la acetil CoA transferix un grup acetilo, i el ATP transferix un fosfat.^[4]

En el sentit més simple, les reaccions que ocorren en la biosíntesis tenen el següent format:^[5]

R e a c t a n t e \to_{e n z i m a}^{} P r o d u c t o

Algunes variacions d'esta equació bàsica que es discutiran més alvance en més detall són:^[4]

Composts simples que es convertixen en atres composts, generalment com a part d'una via de reacció de passos múltiples. Dos eixemples d'este tipo de reacció ocorren durant la formació d'àcits nucleicos i la càrrega de ARNt abans de la traducció. Per a alguns d'estos passos, es requerix energia química:
$Mol \overset{´}{e} cula precursora + A T P \overset{- ⇀}{↽ -} producto AMP + P P_{i}$
Composts simples que es convertixen en atres composts en l'ajuda de cofactores. Per eixemple, la síntesis de fosfolípits requerix acetil CoA, mentres que la síntesis d'un atre component de la membrana, els esfingolípidos, requerix NADH i FADH per a la formació de l'esquelet de la esfingosina. L'equació general per a estos eixemples és:
$Mol \overset{´}{e} cula precursora + C o f a c t o r \to_{e n z i m a}^{} m a c r o m o l \overset{´}{e} c u l a$
Composts simples que s'unixen per a crear una macromolécula. Per eixemple, els àcit grassos s'unixen per a formar fosfolípits. A la seua volta, els fosfolípits i el colesterol interactuen de manera no covalente per a formar la bicapa lipídica. Esta reacció es pot descriure de la següent manera:
$Mol \overset{´}{e} cula 1 + Mol \overset{´}{e} cula 2 ⟶ m a c r o m o l \overset{´}{e} c u l a$

Lípits

Archiu:The lipid and lipid bilayer.png

Membrana lipídica bicapa

Moltes macromolécula intrincadas se sintetisen en un patró d'estructures simples i repetides.^[6] Per eixemple, les estructures més simples dels lípits són els àcit grassos. Els àcit grassos són derivats d'hidrocarburs; contenen una "cap" de grup carboxilo i una "coa" de cadena d'hidrocarbur.^[6] Estos àcit grassos creen components més grans que, a la seua volta, incorporen interaccions no covalente per a formar la bicapa lipídica.^[6] Les cadenes de àcit grassos es troben en dos components principals dels lípits de membrana: els fosfolípits i els esfingolípidos. Un tercer component principal de la membrana, el colesterol, no conté estes unitats de àcit grassos.^[2]

Fosfolípits

La base de totes les biomembranas consistix en una estructura bicapa de fosfolípits.^[7] La molècula de fosfolípit és anfipática; conté un cap polar hidrofílica i una coa no polar hidrofòbica.^[6] Els caps de fosfolípits interactuen entre sí i en els mijos acuosos, mentres que les coes d'hidrocarburs s'orienten en el centre, llunt de l'aigua.^[7] Estes últimes interaccions impulsen l'estructura de dos capes que actua com una barrera per als ions i les molècules.^[6]

Hi ha varis tipos de fosfolípits; en conseqüència, les seues vies de síntesis diferixen. No obstant, el primer pas en la síntesis de fosfolípits implica la formació de fosfatidato o diacilglicerol 3-fosfat en el retícul endoplasmático i la membrana mitocondrial externa.^[7] La ruta de síntesis es troba a continuació:

Síntesis d'àcit fosfatídico

La ruta comença en glicerol 3-fosfat, que es convertix en lisofosfatidato a través de l'adició d'una cadena d'àcit gras proporcionada per la acil coenzima A.^[1] Després, el lisofosfatidato es convertix en fosfatidato a través de l'adició d'una atra cadena d'àcit gras contribuïda per un segon acil CoA; tots estos passos són catalizados per l'enzima glicerol fosfat aciltransferasa.^[1] La síntesis de fosfolípits continua en el retícul endoplásmico, i la via de biosíntesis diferix depenent dels components del fosfolípit particular.^[7]

Esfingolípidos

De la mateixa manera que els fosfolípits, estos derivats de àcit grassos tenen un cap polar i coes no polars.^[2] A diferència dels fosfolípits, els esfingolípidos tenen un esquelet d'esfingosina.^[8] Els esfingolípidos existixen en les cèlules eucariota i són particularment abundants en el sistema nerviós central.^[7] Per eixemple, la esfingomielina és part de la baïna de mielina de les fibres nervioses.^[9]

Els esfingolípidos es formen a partir de ceramidas que consistixen en una cadena d'àcit gras unida al grup amino d'un esquelet de esfingosina. Estes ceramidas se sintetisen a partir de la acilación de la esfingosina.^[9] La via biosintética per a la esfingosina es troba a continuació:

Síntesis de esfingosina

Com indica l'image, durant la síntesis de la esfingosina, el palmitoil CoA i la serina experimenten una reacció de condensació que dona com resultat la formació de deshidrosfingosina.^[7] Este producte es reduïx després per a formar dihidrospingosina, que es convertix en esfingosina a través de la reacció d'oxidació per mig de FAD.^[7]

Colesterol

Este lípit pertany a una classe de molècules anomenades esterolés.^[2] Els esteroles tenen quatre anells fusionats i un grup hidroxilo.^[2] El colesterol és una molècula particularment important. No solament servix com un component de les membranes lipídicas, sino que també és un precursor de vàries hormones esteroides, com el cortisol, la testosterona i el estrògen.^[10]

El colesterol se sintetisa a partir d'acetil CoA.^[10] El camí es mostra a continuació:

Via de síntesis del colesterol

De manera més general, esta síntesis ocorre en tres etapes. La primera etapa té lloc en el citoplasma i la segona i tercera etapes es produïxen en el retícul endoplásmico.^[1] Les etapes són les següents:^[10]

La síntesis de pirofosfato de isopentenilo, el "bloc de construcció" del colesterol.
La formació d'escualeno a través de la condensació de sis molècules de pirofosfato de isopentenilo.
La conversió de escualeno en colesterol a través de vàries reaccions enzimàtiques.

Referències

↑ ^1,0 ^1,1 ^1,2 ^1,3 ^1,4 ^1,5 ^1,6 Berg, Jeremy M.; Tymoczko, {{{nom2}}}; Gatto, {{{nom3}}}; Stryer, {{{nom4}}} (2019). «Chapter 6: Basic Concepts of Enzyme Action», Biochemistry, 9.ª edició, New York: W. H. Freeman, pp. 127-150. ISBN 978-1-319-11467-1.
↑ ^2,0 ^2,1 ^2,2 ^2,3 ^2,4 ^2,5 Nelson, David L.; Cox, {{{nom2}}} (2017). «Chapter 15: Principles of Metabolic Regulation», Lehninger Principles of Biochemistry, 7.ª edició, New York: W. H. Freeman, pp. 567-592. ISBN 978-1-4641-2611-6.
↑ ^3,0 ^3,1 ^3,2 Alberts, Bruce; Johnson, {{{nom2}}}; Lewis, {{{nom3}}}; Morgan, {{{nom4}}} (2015). «Chapter 2: Chemical Components of Cells», Molecular Biology of the Cell, 6.ª edició, New York: Garland Science, pp. 62-68. ISBN 978-0-8153-4432-2.
↑ ^4,0 ^4,1 ^4,2 Voet, Donald; Voet, {{{nom2}}}; Pratt, {{{nom3}}} (2016). «Chapter 17: Metabolism: An Overview», Biochemistry, 5.ª edició, Hoboken, NJ: John Wiley & Sons, pp. 820-835. ISBN 978-1-118-91840-1.
↑ Zumdahl, Steven S.; Zumdahl, {{{nom2}}} (2014). «Chapter 14: Chemical Kinetics», Chemistry, 9.ª edició, Stamford, CT: Cengage Learning, pp. 526-530. ISBN 9781285415383.
↑ ^6,0 ^6,1 ^6,2 ^6,3 ^6,4 Lodish, Harvey; Berk, {{{nom2}}}; Kaiser, {{{nom3}}}; Krieger, {{{nom4}}} (2016). «Chapter 12: Lipids and Membranes», Molecular Cell Biology, 8.ª edició, New York: W. H. Freeman, pp. 459-485. ISBN 978-1-4641-8339-3.
↑ ^7,0 ^7,1 ^7,2 ^7,3 ^7,4 ^7,5 ^7,6 Vance, Dennis E.; Vance, {{{nom2}}} (2008). «Chapter 7: Phospholipid Biosynthesis», Biochemistry of Lipids, Lipoproteins and Membranes, 5.ª edició, Amsterdam: Elsevier, pp. 213-244. ISBN 978-0-444-53219-0.
↑ Gault, Christopher R.; Obeid, {{{nom2}}}; Hannun, {{{nom3}}} (2010). «An Overview of Sphingolipid Metabolism: From Synthesis to Breakdown», Sphingolipids as Signaling and Regulatory Molecules, Springer, pp. 1-23. doi:10.1007/978-1-4419-6741-1_1. ISBN 978-1-4419-6740-4.
↑ ^9,0 ^9,1 Siegel, George J. (2006). «Chapter 6: Lipids», Basic Neurochemistry: Molecular, Cellular and Medical Aspects, 7.ª edició, Philadelphia: Lippincott-Raven, pp. 75-88. ISBN 978-0-397-51820-3.
↑ ^10,0 ^10,1 ^10,2 Harris, J. Robin (2010). «Introduction to Cholesterol and Its Biosynthesis», Cholesterol Binding and Cholesterol Transport Proteins, Springer, pp. 1-27. doi:10.1007/978-90-481-8622-8_1. ISBN 978-90-481-8621-1.

Este artícul conté una traducció derivada de «Biosíntesis» de Wikipedia en castellà publicada baix la Llicència de documentació lliure de GNU i la Llicència Creative Commons Reconeiximent-CompartirIgual 4.0 Internacional.

[Berg2019-1] 1,0 ^1,1 ^1,2 ^1,3 ^1,4 ^1,5 ^1,6 Berg, Jeremy M.; Tymoczko, {{{nom2}}}; Gatto, {{{nom3}}}; Stryer, {{{nom4}}} (2019). «Chapter 6: Basic Concepts of Enzyme Action», Biochemistry, 9.ª edició, New York: W. H. Freeman, pp. 127-150. ISBN 978-1-319-11467-1.

[NelsonCox2017-2] 2,0 ^2,1 ^2,2 ^2,3 ^2,4 ^2,5 Nelson, David L.; Cox, {{{nom2}}} (2017). «Chapter 15: Principles of Metabolic Regulation», Lehninger Principles of Biochemistry, 7.ª edició, New York: W. H. Freeman, pp. 567-592. ISBN 978-1-4641-2611-6.

[Alberts2015-3] 3,0 ^3,1 ^3,2 Alberts, Bruce; Johnson, {{{nom2}}}; Lewis, {{{nom3}}}; Morgan, {{{nom4}}} (2015). «Chapter 2: Chemical Components of Cells», Molecular Biology of the Cell, 6.ª edició, New York: Garland Science, pp. 62-68. ISBN 978-0-8153-4432-2.

[Voet2016-4] 4,0 ^4,1 ^4,2 Voet, Donald; Voet, {{{nom2}}}; Pratt, {{{nom3}}} (2016). «Chapter 17: Metabolism: An Overview», Biochemistry, 5.ª edició, Hoboken, NJ: John Wiley & Sons, pp. 820-835. ISBN 978-1-118-91840-1.

[Zumdahl2014-5] Zumdahl, Steven S.; Zumdahl, {{{nom2}}} (2014). «Chapter 14: Chemical Kinetics», Chemistry, 9.ª edició, Stamford, CT: Cengage Learning, pp. 526-530. ISBN 9781285415383.

[Lodish2016-6] 6,0 ^6,1 ^6,2 ^6,3 ^6,4 Lodish, Harvey; Berk, {{{nom2}}}; Kaiser, {{{nom3}}}; Krieger, {{{nom4}}} (2016). «Chapter 12: Lipids and Membranes», Molecular Cell Biology, 8.ª edició, New York: W. H. Freeman, pp. 459-485. ISBN 978-1-4641-8339-3.

[Vance2008-7] 7,0 ^7,1 ^7,2 ^7,3 ^7,4 ^7,5 ^7,6 Vance, Dennis E.; Vance, {{{nom2}}} (2008). «Chapter 7: Phospholipid Biosynthesis», Biochemistry of Lipids, Lipoproteins and Membranes, 5.ª edició, Amsterdam: Elsevier, pp. 213-244. ISBN 978-0-444-53219-0.

[Gault2010-8] Gault, Christopher R.; Obeid, {{{nom2}}}; Hannun, {{{nom3}}} (2010). «An Overview of Sphingolipid Metabolism: From Synthesis to Breakdown», Sphingolipids as Signaling and Regulatory Molecules, Springer, pp. 1-23. doi:10.1007/978-1-4419-6741-1_1. ISBN 978-1-4419-6740-4.

[Siegel2006-9] 9,0 ^9,1 Siegel, George J. (2006). «Chapter 6: Lipids», Basic Neurochemistry: Molecular, Cellular and Medical Aspects, 7.ª edició, Philadelphia: Lippincott-Raven, pp. 75-88. ISBN 978-0-397-51820-3.

[Harris2010-10] 10,0 ^10,1 ^10,2 Harris, J. Robin (2010). «Introduction to Cholesterol and Its Biosynthesis», Cholesterol Binding and Cholesterol Transport Proteins, Springer, pp. 1-27. doi:10.1007/978-90-481-8622-8_1. ISBN 978-90-481-8621-1.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]