¡Descarga bloc problemes 1-2 y más Ejercicios en PDF de Bioquímica solo en Docsity!
LLICENCIATURA DE CIÈNCIES BIOLÒGIQUES
Curs 2006-
PROBLEMES I QÜESTIONS DE BIOQUÍMICA
1. Dissolucions tampó
2. Estructura i funció de proteïnes
3. Enzimologia
4. Estructura i funció d'àcids nucleics
5. Bioenergètica
6. Metabolisme
Bibliografia
- Balcavage, WX i King, MW (1995) Examination & Board Review. Biochemistry. Ed. Appleton & Lange, Norwalk, Connecticut, EUA
- Cárdenas, J i altres (1988) Problemas de bioquímica. Ed. Alhambra, Madrid.
- de Arriaga MD i altres (1998) Manual de ejercicios de cinética enzimática. Secretariado de Publicaciones. Universidad de León.
- Gumport, RI i altres (1990) Student’s companion to Stryer’s Biochemistry. Ed. Freeman, New York.
- Lindquist, RN (1991) Bioquímica. Problemas. Ed Mc Graw-Hill Interamericana.
- Lozano, JA i altres (1997) Preguntas y Respuestas de Bioquímica. Ed Mc Graw-Hill Interamericana.
- Macarulla, JM,i Marino, A (1988) Bioquímica Cuantitativa. I. Cuestiones sobre Biomoléculas. Ed Reverté, Barcelona
- Macarulla, JM, Marino, A i Macarulla, A (1992) Bioquímica Cuantitativa. II. Cuestiones sobre Metabolismo. Ed Reverté, Barcelona
- Morán LA i Scrimgeoor, KG (1994) Biochemistry. Resouce Book. Neil Patterson Publishes Prentice Hall
- Ruiz, M (Coor.) (1992) Bioquímica Estructural. Conceptos fundamentales y 383 tests con respuesta razonada. Ed. Tebar Flores, Madrid
- Ruiz, M (Coor.) (1992) Bioquímica Metabólica. Conceptos fundamentales y 366 tests con respuesta razonada. Ed. Tebar Flores, Madrid
- Van Eireken, P (1987) Guía de principios de Bioquímica de Lehninger con soluciones de los problemas. Ed. Omega, Barcelona
1. Dissolucions tampó
1.1.-* Comenteu el paràgraf següent: "Les molècules hidrofòbiques són capaces de penetrar a través de les membranes cel·lulars, a l'estòmac i l'intestí, passant al torrent circulatori. Pel contrari, en general, les molècules amb càrrega o hidrofíliques no són absorbides amb tanta rapidesa a través de les membranes. Es pot predir si un fàrmac pres per via oral s'absorbirà ràpidament a l'estòmac (pH 1.0-2.0) o bé passarà a l'intestí (pH major) abans de poder ser absorbit. L'ambucetamida s'ha usat com a droga antiespasmòdica. Presenta un pKa de 8.4 per a la ionització del grup amino que posseix. En la porció inicial de l'intestí (pH 5.0) s'absorbirà un percentatge molt menor d'ambucetamida que en la porció final (pH 8.0)"
1.2.- L'aspirina és un àcid feble amb un pKa de 3.5. Després de la ingestió, és absorbida per la mucosa gàstrica i la intestinal i passa al torrent sanguini. El pH de l'estòmac és ∼1 i al intestí prim és ∼6. On s'absorbirà millor l'aspirina?
1.3. L'àcid acètic té un pKa al voltant de 4.7. Les següents dissolucions tampó d'acetat de pH 4.7: (A) 1 mM, (B) 10 mM i (C) 100 mM (a) Ordeneu-les de major a menor capacitat per amortir els canvis de pH resultants de l'addició d'H +^. (b) Quina quantitat d'H +^ serien capaces d'amortir 100 mL de cadascuna de les tres dissolucions? (c) Si aquestes dissolucions foren més àcides que pH 4.7, tindrien major o menor capacitat amortidora d'H+^? I si el pH fos més alt que 4.7? (d) Discutiu les qüestions anteriors en el cas de l'addició d'OH-. [(a) C>B>A; (b) A: 0.041 mmols; B: 0.41 i C: 4.1]
1.4.-* El pH intern d'una cèl·lula hepàtica és 6.65. Calcula les concentracions de les espècies components del tampó fosfat si la concentració total de fosfat en el fetge és de 30 mM. Pot, en aquestes condicions, el tampó fosfat actuar com a tampó? per què? En cas afirmatiu, a quin pH presentaria la màxima capacitat tampó? Dades: àcid fosfòric pKa 1 2.12; pKa 2 6.90 i pKa 3 12.67. [fosfat monopròtic,bisfosfat 10.78 mM; fosfat bipròtic,monofosfat, 19.22 mM; si pH=pKa ±1; pH=pKa2= 6.90]
1.5.-* El Tris cristal·lí es pot comprar en la forma que té el grup amino lliure [(HOCH2)3 CNH2; Mr 121] o com a clorhidrat [(HOCH 2 ) 3 CNH 3 +Cl- ; Mr 157.5]. (a) Si en el laboratori només tenim la sal, ¿de quina manera prepararies 250 mL d'una dissolució tampó Tris 0.1 M pH 8.5?. Disposem també de dissolucions d'HCl 1 M i de NaOH 1 M. (pKa Tris 8.1) (b) Si tinguérem la forma de Tris que té el grup amino lliure, ¿el tampó l'hauries preparat de la mateixa manera o no? ¿per què? (c) La capacitat tampó de la dissolució Tris 0.1 M pH 8.5, ¿és la mateixa preparant el tampó de qualsevol de les dues maneres, o no?. [(a) 3.94 g Tris +Cl-, 17.5 mL NaOH 1 M i aigua q.s. per a 250 mL, (b) no, hagués
utilitzat HCl, perquè: Tris 0 + H+^ → Tris +^ ; (c) sí]
1.6.- Descriviu la preparació d'1 L de tampó fosfat potàssic 0.045 M pH 7.5 partint de: (a) fosfat monopotàssic (136 Da) i fosfat bipotàssic (174 Da). (b) dissolucions 0.045 M dels dos anteriors fosfats. (c) àcid fosfòric 15 M i KOH 1.5 M. (d) fosfat monopotàssic i KOH sòlid (56 Da). (e) fosfat bipotàssic i HCl 2 M. (f) fosfat tripotàssic (212 Da) i HCl 2 M.
1.7.-* Ismael i David són dos estudiants de segon curs que estan realitzant les pràctiques. En una de les sessions prepararen una dissolució tampó acetat sòdic prenent 9.5 mL d' àcid acètic, 3.8 g de NaOH i aigua fins a 1 litre. (a) ¿Quina és la concentració del tampó que prepararen? ¿I el seu pH? Durant la preparació de la dissolució tampó un d'ells, per error, afegí 20 ml d'àcid clorhídric 1 M. Ismael suggerí que no importava molt, tot i diguent "bah, al cap i a la fí, com que es tracta d'una dissolució amortidora, el pH no variarà". En canvi, l'opinió del David era ben diferent "com que l'HCl és un àcid fort, segur que el pH de la dissolució tampó disminueix". (b) ¿Quin dels dos estudiants té raó? ¿per què? Calcula el canvi de pH, si penses que se n'ha produït de variació. Dades: àcid acètic (Mr 60.05; densitat 1.05 g/ml, 17.5 M; pKa 4.75); hidròxid sòdic Mr
[(a) 0.166 M, pH 4.88; (b) pH 4.66]
1.8.-* Hom pretén estudiar in vitro la reacció enzimàtica catalitzada per l'enzim glucoquinasa de fetge de rata: Glucosa + ATP → Glucosa-6-fosfat + ADP + H+ Per tal de mantenir el pH al voltant de 7.6, que és l'òptim de l'enzim, disposem de dos tampons diferents: fosfat 0.2 M pH 7.6 i Tris 0.2 M pH 7.6. Durant la reacció es produeixen 0.04 equivalents de H+/L. ¿Quin és el tampó més adient per mantenir les condicions de la reacció més properes a les òptimes? ¿Per què? Calculeu el pH de cadascun dels tampons al final de la reacció. Dades: pKa 2 de l'àcid fosfòric = 6.9; pKa del Tris = 8. [fosfat pH 7.14 ; Tris pH 6.72]
1.9.- S'ha preparat una dissolució tampó Hepes (pK a= 7.5) dissolguent en aigua 0. mols de la substància zwitteriònica Hepes i 0.038 mols de la substància aniònica Hepes, en un volum final d'un L. Calcula el pH i la concentració d'aquest tampó. Es veuria afectada la concentració i el pH del tampó si el volum final fos de 2 L en lloc d'1 L? F 0 5 BpH 8.0 F 0 5 D
1.10.-* Una de les pràctiques de l'assignatura de Bioquímica consisteix en l'extracció de la caseïna de la llet per precipitació isoelèctrica. La llet es tampona a un valor de pH prop del pI de la proteïna. Açò es fa afegint 5 mL d'acetat sòdic 0.5 M i 5 mL d'àcid acètic 0.6 M a 60 mL de llet. (a) Quines substàncies actuen com a tampó? (b) Quines són les concentracions de les formes protonada i desprotonada de l'àcid acètic presents en el tampó? (c) Quin és el valor de pH al qual s'aconsegueix tamponar la dissolució? Dada: pKa àcid acètic 4.76. [(b) acetat 36 mM, acètic 43 mM; (c) pH 4.68]
1.11.-* De quina manera prepararies 100 mL d'una dissolució TRIS 0.1 M pH 7. (pKa= 8.1) a partir dels dos productes sòlids (TRIS 0 , Mr 121 i TRIS+Cl-, Mr 157.5)? Fes els càlculs adients. (a) Quines són les concentracions de les dues formes del TRIS presents en aquest tampó? (b) Quin valor de pH tindrà el tampó després d'haver-se usat per dur a terme una reacció en la qual es produeixen 0.01 equivalents d'H+ per litre de dissolució? F 0 5 B(a) 0.061 M del protonat i 0.039 M del neutre; (b) pH 7.71 F 0 5 D
1.12.-* Una dissolució tampó es preparà de la següent manera: 4.035 g de la forma protonada d'un par àcid-base es dissolgueren en aigua, s'afegiren 25 mL d'NaOH 1 M i aigua fins completar un volum final de 200 mL. (a) Quina és la concentració de la substància tampó? (b) Quines són les concentracions de les formes protonada i desprotonada presents en el tampó? (c) Quin és el valor de pH del tampó preparat? (d) Les dissolucions tampó són capaces d'amortir els canvis de pH ocasionats per
qualsevol quantitat d'àcid? Per què? (Dades: Mr de la substància protonada= 134.5; pKa= 6.0) F 0 5 B(a) 0.15 M; (b) 0.025 M de la protonada i 0.125 M de la desprotonada; (c) pH 6.7 F 0 5 D
2. Estructura i funció de proteïnes
2.1.-* El valor de pKa del grup imidazole de la histidina és 6.0. A pH 7.0, quin percentatge de molècules d'histidina tindran protonat el grup imidazole?. Si la concentració de la histidina en la dissolució de pH 7.0 és 15 mM, quin volum d'HCl 1 M hauria d'afegir-se a 1 litre de dissolució per arribar al 90% de les molècules amb el grup imidazole amb càrrega? ¿Quin valor de pH tindria la dissolució després d'afegir HCl? [His ++- 9.09 %; 12.14 mL; pH 5.05]
2.2.-* La figura mostra la corba de valoració de la cisteïna amb un cert nombre de punts indicats (d'1 a 7). Els valors de pKa d'aquest aminoàcid són 1.86 (-COOH), 8.88 (-SH) i 10.78 (- NH 3 +^ ). (a) Escriu l'estructura química de la molècula en cadascun dels estats d'ionització (des de la forma més protonada a la totalment desprotonada); (b) identifica els punts de la corba de valoració que corresponen a cadascuna de les quatre espècies majoritàries; (c) identifica els punts en els què la càrrega neta mitja de la cisteïna és +1, +0.5, 0 i -2; (d) identifica el punt per al qual el pH és igual al pK a del grup -SH; (e) identifica el punt on el grup -SH està totalment valorat; (f) en quin rang de pH la cisteïna es comporta com un bon tampó?
pH 1
pH 2.1 pH 4 pH 10
Gly 1+ 0.6+ 0.
0.72-
Asp 1+ 0.5+ 0.6- 1.65- Lys 2+ 1.5+ 1.
0.23-
His 1.
1.3+ 0.
0.87-
2.3.- Indica la càrrega neta (+, zero, -) de Gly, Asp, Lys i His a pH: 1, 2.1, 4 i 10. [Els resultats es mostren a la Taula]
2.4.- El grup γ-COOH del Glu té un pK a de 4.3. (a) Quina fracció d'aquests grups es trobarà sense protonar en una dissolució diluïda de pH 5.0?. (b) I de pH 3.8?. (c) Explica per què aquest pK a és més alt que el pKa del α-COOH. [83% Glu- a pH 5.0 i 24% Glu- a pH 3.8]
2.5.-* Dels cinc aminoàcids que es representen, indica quins es poden relacionar amb les frases següents:
(a) cadena lateral alifàtica (b) cadena lateral bàsica (c) tres grups ionitzables (d) grup amino secundari (e) càrrega +1 a pH 7. (f) pKa aproximadament 10 (g) càrrega -1 a pH 13 (h) ordeneu de major a menor hidrofobicitat (i) interval de pH on predomina cadascuna de les formes representades (j) pI similar al pH fisiològic (±1 unitat de pH) (k) tipus d'interaccions que poden establir les cadenes laterals (l) nom abreujat
(m) nom d'almenys dos aminoàcids que siguen de la mateixa naturalesa que cadascun dels cinc indicats (n) capacitat per interrompre l'hèlix α (o) orientació més probable de la cadena lateral cap a l'interior o l’exterior de proteïnes solubles en aigua (p) Formula amb detall l’estructura d’un dipèptid que continga dos dels aminoàcids anteriors. Assenyala l’enllaç peptídic. Quina càrrega tindrà el dipèptid a pH fisiològic?
2.12.- En la gràfica es mostren els percentatges d'hèlix α dels polímers sintètics poli- L-Glu (línea contínua) i poli-L-Lys (línea discontínua) en relació al pH del medi. (a) Expliqueu els resultats obtinguts. (b) Les proteïnes naturals no presenten un mínim d'hèlix α a pH 7.0. Aquesta dada està en contradicció amb els resultats que es mostren a la figura? Explica- ho.
2.13.-* Algunes proteïnes es troben ancorades a les membranes per inserció d'un segment de la regió N-terminal en l'interior hidrofòbic de la membrana. (a) Prediu i explica amb detall l'estructura que probablement adoptarà la seqüència:
MALFALFALFALMFLMFLMFPNGMLF (b) Per què aquesta seqüència es pot inserir a la membrana?; (c) suposa que cadascun dels residus de Leu de la seqüència anterior és sustituït per un d'Asp. ¿Alteraria això necessàriament l'estructura secundària del fragment peptídic? ¿Per què? Explica si en aquest cas penses que la inserció de la proteïna a la membrana es veuria modificada.
2.14.-* La melitina i la δ-toxina són pèptids helicoidals de 26 aminoàcids. Presenten activitat hemolítica degut a la seua capacitat d'alterar la membrana plasmàtica dels eritròcits. Quina orientació i localització suposes que tindran les cadenes laterals dels residus d'aminoàcids que les formen?
2.15.- El bacteri anaeròbic Clostridium perfringens , altament patogen, produeix la gangrena gasosa en la què es destrueix l'estructura dels teixits. Aquest bacteri produeix un enzim que catalitza eficientment la hidròlisi de l'enllaç peptídic indicat a continuació, sent X i Y qualsevol aminoàcid:
-X-Gly-Pro-Y + H 2 O → -X-COO- + H 3 N+^ -Gly-Pro-Y-
Com contribueix aquest enzim a la invasió dels teixits humans pel bacteri? Per què aquest enzim no afecta al propi bacteri?
2.16.-* Comenteu o expliqueu:"L'addició d'un inhibidor de la prolina hidroxilasa a la dieta d'una rata provoca fragilitat dels vassos sanguinis, lesions a la pell i genives sagnants. Aquests símptomes són semblants als que presenten els humans que sofreixen deficiència en vitamina C"
2.17.-* Per què la majoria de les proteïnes quan es troben en dissolució a pH molt àcid o molt bàsic perden la seua activitat biològica? Per altra banda, una variació petita de pH pot afectar l'activitat d'un enzim. Per què?
2.18.-* L'hemoglobina és una proteïna tetramèrica composada per dues subunitats α i dues subunitats β. Les estructures d'aquestes subunitats són molt semblants a la cadena polipeptídica de la mioglobina; tanmateix, un cert nombre de residus hidrofílics de la superfície de la mioglobina estan reemplaçats, en llocs equivalents, per residus hidrofòbics en les subunitats de l'hemoglobina. (a) Com pot estar d'acord aquesta observació amb la generalització que diu que els residus hidrofòbics es disposen cap a l'interior de les proteïnes? (b) En aquest sentit, què es pot dir al voltant de la natura de les interaccions que determinen l'estructura quaternària de l'hemoglobina?
2.19.-* Sovint hom pot distingir les hemoglobines anormals (amb aminoàcids substituïts per mutació) de les normals pel seu diferent comportament electroforètic. Assenyala a l'esquema d'una electroforesi a pH 7.0 quina seria la posició relativa a l'hemoglobina normal de les variants Hb S (Glu 6 substituït per Val) i Hb Siriraj (Glu 7 canviat per Lys).
2.20.-* Comenteu o expliqueu: "L'hemoglobina mutant Rahere té un residu de Thr que
sustitueix a la Lys que ocupa la posició 82 (EF6) de la cadena β normal. Aquest canvi afecta el lloc d'unió del 2,3-BPG, de manera que la P50 no és 25 torr, com en l'hemoglobina normal, sinó 10 torr"
2.21.-* Dibuixa una gràfica que represente l'efecte de cadascun dels següents tractaments sobre l'afinitat de l'hemoglobina per l'oxigen (una gràfica per cada tractament) i comenta breument la resposta: (a) dissociació del tetràmer α 2 β 2 en subunitats monomèriques (b) augment de la concentració de 2,3-BPG de 5 mM a 8 mM.
Abreviatures, valors de Mr d'aminoàcids i de pKa de llurs grups
ionitzables a 25 ° C
Aminoàcid Abreviatu ra
pKα- COOH
pKα- NH 3 +
pK R Mr
Àcid aspàrtic
Asp D 2.09 9.82 3.86 113
Àcid glutàmic
Glu E 2.19 9.67 4.25 147
Alanina Ala A 2.34 9.69 - 89
Arginina Arg R 2.17 9.04 12.48 174
Asparagina Asn N 2.02 8.80 - 132
Cisteïna Cys C 1.71 10.78 8.33 121
Fenilalanina Phe F 1.83 9.13 - 165
Glicina Gly G 2.34 9.60 - 75
Glutamina Gln Q 2.17 9.13 - 146
Histidina His H 1.82 9.17 6.00 155 Isoleucina Ile I 2.36 9.68 - 131
Leucina Leu L 2.36 9.60 - 131
Lisina Lys K 2.18 8.95 10.53 149
Metionina Met M 2.30 9.20 - 131
Prolina Pro P 1.99 10.60 - 115
Serina Ser S 2.21 9.15 - 105
Tirosina Tyr Y 2.20 9.11 10.07 181
Treonina Thr T 2.63 10.43 - 119
Triptòfan Trp W 2.38 9.39 - 204
Valina Val V 2.32 9.62 - 117
