El catabolisme de lípids i proteïnes

Explica què és la β-oxidació, en quin lloc de la cèl·lula té lloc i quin producte lliura al cicle de Krebs. Indica a més quines molècules carregades d'electrons es generen durant el procés.

En la β-oxidació, els àcids grassos es van escurçant de dos en dos àtoms de carboni. Explica per què rep aquest nom (sobre quin carboni de la cadena es produeix l'oxidació) i quin fragment s'allibera en cada ronda del procés.

Un àcid gras saturat de $18$ àtoms de carboni es degrada completament per β-oxidació. Calcula quantes rondes de β-oxidació són necessàries i quantes molècules d'acetil-CoA s'obtenen, raonant el càlcul.

On s'emmagatzemen els greixos de reserva a l'organisme? Explica què passa al teixit adipós quan el cos necessita energia (lipòlisi) i quines molècules s'alliberen aleshores a la sang.

Raona per què 1 g de greix rendeix més ATP que 1 g de glucosa, fent referència al grau de reducció dels carbonis de la cadena hidrocarbonada dels àcids grassos i a la quantitat d'electrons que poden lliurar a la cadena respiratòria.

Durant un dejuni prolongat o una dieta molt rica en greixos augmenten els cossos cetònics a la sang. Explica què són els cossos cetònics i raona per què apareixen quan el cicle de Krebs no pot assimilar tot l'acetil-CoA procedent de la β-oxidació.

Les proteïnes de la dieta no s'emmagatzemen a l'organisme. Explica què passa amb els aminoàcids que sobren: quin grup se'ls retira, com s'elimina el nitrogen sobrant i quina destinació té la resta de la molècula.

La urea es forma al fetge a partir de l'amoni. Explica per què l'organisme inverteix energia a convertir l'amoni, molt tòxic, en urea, i indica com s'elimina aquesta del cos.

Descriu la desaminació dels aminoàcids i explica la destinació de les dues parts resultants: el grup amino (i la seva conversió en urea) i l'esquelet carbonat (que pot incorporar-se a les rutes catabòliques com a piruvat, acetil-CoA o intermediaris del cicle de Krebs).

L'esquema resumeix com convergeixen les rutes catabòliques de glúcids, lípids i proteïnes en el catabolisme cel·lular aeròbic:

1. a) Identifica els processos catabòlics assenyalats amb ?1 i ?2. Si un fàrmac inhibeix selectivament la llançadora de carnitina mitocondrial, dedueix quina ruta (?1, ?2 o glucòlisi) es veurà bloquejada i quins substrats haurà de prioritzar la cèl·lula per mantenir els nivells d'acetil-CoA.
2. b) En un dejuni prolongat, gran part de l'oxalacetat del cicle de Krebs es desvia cap a la gluconeogènesi hepàtica mentre la ruta ?1 es troba hiperactivada. Justifica quin destí alternatiu seguirà l'acetil-CoA acumulat en no poder condensar-se en el cicle de Krebs.
3. c) Si s'afegeix rotenona (un inhibidor que bloqueja el pas d'electrons des del NADH al complex I de la cadena respiratòria), prediu com variarà el quocient intramitocondrial $[\text{NADH}]/[\text{NAD}^+]$ i quina conseqüència directa tindrà sobre la velocitat del cicle de Krebs.

L'àcid palmític ($\text{C}_{16}\text{H}_{32}\text{O}_2$) rendeix uns $106\ \text{ATP}$ després de la seva oxidació completa amb un consum de $23\ \text{mols de }\text{O}_2$. Per la seva banda, la glucosa ($\text{C}_6\text{H}_{12}\text{O}_6$) genera uns $36\ \text{ATP}$ consumint $6\ \text{mols de }\text{O}_2$.

1. a) Calcula el rendiment energètic per àtom de carboni ($\text{ATP}/\text{C}$) de tots dos substrats i justifica bioquímicament la causa d'aquesta diferència analitzant l'estat d'oxidació mitjà del carboni en glúcids i lípids.
2. b) El glucogen s'emmagatzema hidratat (reté aproximadament $2\ \text{g}$ d'aigua per cada gram de glucogen sec), mentre que els triglicèrids s'acumulen en forma anhidra. Sabent que $1\ \text{g}$ de greix pur aporta unes $9\ \text{kcal}$ i $1\ \text{g}$ de glucogen sec aporta $4\ \text{kcal}$, calcula el pes total que hauria d'acumular un ocell migratori per disposar d'una reserva de $18.000\ \text{kcal}$ si l'emmagatzemés en forma de triglicèrids enfront de glucogen hidratat, i dedueix l'avantatge adaptatiu que això representa.
3. c) Durant un esforç muscular intens en el qual l'aportació de $\text{O}_2$ resulta limitant, calcula quin substrat rendeix més molècules d'ATP per cada mol de $\text{O}_2$ consumit ($\text{ATP}/\text{O}_2$) i prediu quin prioritzarà el múscul en aquesta situació.

S'analitzen els paràmetres sanguinis i urinaris d'un voluntari durant una vaga de fam de quatre setmanes. En les primeres $24$ hores, el glucogen hepàtic s'esgota totalment; tanmateix, la glucèmia es manté estable al voltant de $60\text{ mg/dL}$. Els nivells plasmàtics d'acetoacetat i $\beta$-hidroxibutirat augmenten més de $25$ vegades a partir del quart dia, mentre que l'eliminació d'urea urinària presenta un pic inicial en els dies 2-3 per després descendir a valors mínims estables.

1. a) Justifica d'on procedeix la glucosa plasmàtica a partir del segon dia si el glucogen ja no està disponible, i explica per què la degradació neta de proteïnes musculars (reflectida en la urea) disminueix de manera tan acusada després de la primera setmana.
2. b) Raona per què l'encèfal no pot oxidar directament els àcids grassos procedents del teixit adipós i com la síntesi de cossos cetònics actua com un mecanisme protector de la massa muscular esquelètica.
3. c) Si a aquest individu se li administrés per error una dosi elevada d'insulina en el dia 15 de dejuni, prediu i justifica què passaria amb la lipòlisi en els adipòcits, amb la producció de cossos cetònics i amb l'aportació energètica al cervell.