¡Descarga bloc problemes 5-6 y más Ejercicios en PDF de Bioquímica solo en Docsity!
5. Bioenergètica
5.1.-* Com és possible que si la reacció de la glucosa en atmosferes oxidants (glucosa + 6 O 2 F 0 A E6 CO 2 + 6 H 2 O) és molt exergònica ( F 0 4 4G 0'^ = -2.872 kJ/mol) aquesta substància siga estable quan s’emmagatzema en recipients del laboratori? Completeu la resposta amb una gràfica.
5.2.- La concentració de creatina en l'orina és aproximadament 40 vegades superior a la del sèrum. Calcula el valor ΔG requerit per al pas de creatina des de la sang a l'orina, a 37 ºC. (R= 8.3 J mol -1^ K-1^ ). F 0 5 B9.5 kJ/mol F 0 5 D
5.3.- Fosfoglucomutasa catalitza la reacció:
glucosa-1-fosfat F 0 A Eglucosa-6-fosfat
Experimentalment s'ha trobat que la mescla de reacció en l'equilibri conté 5.0 % de glucosa-1-fosfat, a 25 ºC. Calcula (a) la K'eq i (b) F 0 4 4G 0'^ d'aquesta reacció. F 0 5 B(a) 19; (b) -7.3 kJ/mol F 0 5 D
5.4.- En la cèl·lula, la reacció: ATP + H 2 O F 0 A EADP + Pi està en equilibri?
5.5.- La relació [ATP]/[ADP] en cèl·lules de llevat respirant activament és de l'ordre de 10. Quin ha d'ésser el valor de la relació [3-fosfoglicerat]/[1,3-difosfoglicerat] intracel·lular per a que la reacció (3PG + ATP F 0 A E 1,3BPG + ADP) catalitzada per la fosfoglicerat-quinasa siga termodinàmicament favorable en la direcció de
síntesi de 1,3-difosfoglicerat?. Hom sap que F 0 4 4G 0'^ de la reacció és 18 kJ mol -1^ i la temperatura 25 ºC.
F 0 5 B>145 F 0 5 D
5.6.- Calcula ΔG '^ fisiològica de la reacció catalitzada per isocitrat-deshidrogenasa a 25 ºC i pH 7.0, sabent que: [NAD+]/[NADH]= 8 [α-oxoglutarat]= 0.1 mM [isocitrat]= 0.02 mM i considerant condicions estàndard per al CO 2 (Dades: ΔG 0'^ de la reacció és -33 kJ mol-1^ ; R= 8.3 J mol-1^ K -1^ ) Aquesta reacció és un possible punt de control metabòlic. Explica-ho. Calcula la K ' eq. F 0 5 B-34.16 kJ/mol; F 0 5 4= 6.25·10 -1^ M i K' (^) eq= 6.22·10 5 M F 0 5 D
5.7* La fosfoarginina és una forma de reserva de grups fosfat en alguns organismes. El valor de F 0 4 4G 0' de la
hidròlisi d'aquest compost és -32 kJ/mol. (a) Calculeu ΔG' de la reacció que ocorre en músculs a 25 ºC i pH 7.0 quan les concentracions de fosfoarginina, arginina i Pi són respectivament 0.07 M, 0.03 M i 0.005 M. (R= 8.3 J/mol·K) (b) Calculeu el valor de K'eq de la reacció (c) Què són F 0 4 4G 0' i ΔG'? Per què són diferents? F 0 5 BΔG' -47.2 kJ/mol; K'eq 4.23·10^5 M F 0 5 D
5.8 .-* Algunes reaccions biosintètiques termodinàmicament desfavorables (A F 0 A EB) ocorren perquè acoblant- se a la reacció ATP F 0 A EADP + Pi ( F 0 4 4G 0' = -32 kJ/mol) s'aconsegueix desplaçar sensiblement l'equilibri de la reacció. (a) Calculeu la K'eq de la reacció biosintètica desfavorable A F 0 A EB què té un valor de F 0 4 4G 0' de 25 kJ/ mol. (b) Escriviu la reacció acoblada i calculeu el valor del seu F 0 4 4G 0'. (c) Moltes cèl·lules posseeixen relacions de F 0 5 BATP F 0 5 D/ F 0 5 BADP F 0 5 Dde 400 o superiors. Calculeu la relació F 0 5 BB F 0 5 D/ F 0 5 BA F 0 5 Dquan in vivo la F 0 5 BATP F 0 5 D/ F 0 5 BADP F 0 5 Dés de 400, la F 0 5 BPi F 0 5 Dés de 5 mM i l'ΔG' de la reacció acoblada és de -15 kJ/mol a 25 ºC. (Dades: R= 8.3 J/mol·K) F 0 5 BK' eq 4.03·10 -5^ ; ( F 0 4 4G 0' = -7 kJ/mol: F 0 5 BB F 0 5 D/ F 0 5 BA F 0 5 D= 3120 F 0 5 D
5.9.- El procés de síntesi d'ATP en mitocondri està estretament acoblat al transport d'H +^ a través de la membrana mitocondrial interna des de l'espai intermembrana fins la matriu mitocondrial. S'han mesurat les concentracions d'H +^ a ambdós costats de la membrana interna durant aquest procés resultant ser a l'espai
intermembrana 15 vegades superior a l'existent a la matriu; mentre que el potencial transmembrana ( F 0 4 4F 0 5 9), definit com el potencial en l'interior menys el de l'exterior, resultà ser en aquests mitocondris de -0.15 V. (a) Calcula el valor de ΔG' de la reacció de tornada d'un mol de protons cap a la matriu mitocondrial. (b) A la vista dels valors anteriors, quants mols de protons han de retornar a través de l'ATP sintasa per a siga possible la síntesi d'un mol d'ATP? Dades: La reacció de síntesi d'ATP té un valor de F 0 4 4G 0' de 30.5 kJ/mol i de ΔG' de 57 kJ/mol; R= 8.3 J/ mol·K; T= 298 K i F= 96 kJ/mol·V. F 0 5 B-21.1 kJ/mol; 3 mols de protons F 0 5 D
5.10.- La conversió de glucosa a lactat s'acompanya d'un F 0 4 4G 0' de -217 kJ mol- 1. En una cèl·lula anaeròbica, aquesta conversió s'acobla a la síntesi de 2 mols d'ATP per mol de glucosa. (a) Calculeu F 0 4 4G 0' de la reacció acoblada ( F 0 4 4G 0' de la hidròlisi d'ATP és -32.2 kJ mol- 1 ). (b) Calculeu l'eficiència del procés (c) Considerant la mateixa eficiència que en anaerobiosi, ¿quants mols d'ATP per mol de glucosa s'obtindrien en un organisme aeròbic on la glucosa és oxidada a CO 2 i H 2 O ( F 0 4 4G 0'= -2867.5 kJ mol -1^ )
[(a) -153 kJ mol- 1 ; (b) 30 %; (c) 26.4 mol ATP/mol glucosa].
5.11.- ¿Quin és el rendiment d'ATP de la fosforilació oxidativa acoblada a la cadena de transport electrònic si la diferència de potencial estàndard per a la parella NAD + /NADH és -0.32 V i per a la parella 1/2 O2/H 2O és +0.82 V? Preneu F 0 4 4G 0'^ d'hidròlisi d'ATP com -30.5 kJ mol -1^. Considereu que en la cèl·lula hi ha condicions
estàndard i que en el procés se sintetitzen 3 ATP. (Dades: 25 ºC, R= 8.3 J mol -1^ K -1, F= 96.4 kJ mol -1^ V-1^ ) [42 %].
5.12.- Quan l'ascorbat és substrat de la cadena respiratòria s'oxida transferint 2 electrons al citocrom c. Quina és la relació P/O d'aquest procés?. Quina és l'eficiència de la fosforilació oxidativa acoblada a l'oxidació de
l'ascorbat?. (Dades: E' 0 (ascorbat)= 0.08 V; E' 0 (1/2O 2 /H 2 O)= +0.82 V; F= 96.4 kJ mol -1^ V -1;^ F 0 4 4G 0'^ hidròlisi ATP= -30.5 kJ mol -1^ ). [21.4 %]
5.13.-* Com es pot explicar, segons la teoria quimiosmòtica, que el 2,4-dinitrofenol estimule indefinidament el consum d'oxigen en una suspensió de mitocondris?. Per què la injecció de 2,4-dinitrofenol a una rata provoca immediatament un augment de la temperatura corporal?
5.14.- Si afegim oligomicina a una suspensió de mitocondris actius, s'observa una disminució del transport electrònic i de la síntesi d'ATP. Si després d'aquest tractament amb oligomicina, s'afegeix 2,4-dinitrofenol, es produeix un augment de la velocitat del transport d'electrons sense variació de la síntesi d'ATP. Què inhibeix l'oligomicina? Dóna una explicació en termes de la teoria quimiosmòtica.
5.15.- Com evolucionarà el consum d'oxigen i la síntesi d'ATP en una suspensió de mitocondris després dels següents tractaments: (a) Addició d'antimicina (b) Addició d'oligomicina (c) Addició d'atractilòsid (d) Addició de 2,4-dinitrofenol després de cadascun dels tractaments anteriors (e) Trencament de les membranes per xoc hipotònic
5.16.- Cal esperar que l'NADH afegit a una suspensió de partícules submitocondrials s'oxide? Si el que s'afegeix és citocrom c ¿s'oxidaria?
5.17.- L'atractilòsid, un inhibidor de la translocasa ADP/ATP, bloca la fosforilació oxidativa en mitocondris; en canvi, en partícules submitocondrials no té aquest efecte. Tanmateix, els desacobladors, els inhididors del transport d'electrons i l'oligomicina, afecten ambdós sistemes. Explica aquestes observacions
5.18.-* Una deficiència de coure en una cèl·lula pot causar una alteració en la fosforilació oxidativa. Per què?
5.19.- El potencial de reducció del blau de metilé és similar al de la ubiquinona. Explica per què en els casos d'enverinament pel cianur, s'utilitza,de vegades, com a teràpia, quantitats elevades de blau de metilé.
5.32. -* Un investigador ha comprat un elèctrode d'oxigen per tal d'utilitzar-lo per a mesurar la producció o el consum d'oxigen d'un alga unicel·lular eucariota fotosintètica. Quan submergeix l'elèctrode en un cultiu d'aquest alga i il·lumina amb llum blanca, l'investigador observa que la concentració d'oxigen en la dissolució evoluciona tal i com indica el tram A de la figura annexa. Als dos minuts, l'investigador afegeix DCMU al cultiu i ocorre el que s'observa al tram B. Atès que l'esperat era que el tram B fos horizontal, l'investigador pensa que l'aparell no funciona correctament; però discutint amb un col.lega, aquest li recomana que afegesca antimicina A a la suspensió d'algues, la qual cosa fa als 4 minuts d'haver començat l'experiment. A partir d'eixe moment, l'evolució de l'oxigen es correspon amb el tram C. Interpreta la gràfica obtinguda indicant, per a cada tram, quin procés o processos biològics expliquen l'evolució de la concentració d'oxigen en el cultiu d'algues i de quina manera són afectats pels composts químics que se li han afegit. Advertiment: DCMU és un compost que impedeix la reducció de la plastoquinona. L'antimicina A impedeix la reducció del citocrom c.
5.33.* En la figura es representa els resultats obtinguts d'un estudi de respiració amb mitocondris en suspensió en un medi que conté Pi en excés (les fletxes indiquen l'addició d'algun component al medi). (a) Quin substrat pot haver-se addicionat? (b) Interpreta els resultats en base a la teoria quimiosmòtica. Quin compost pot ser X?
5.34.-* Quan en un experiment s’incuben mitocondris en un tampó fosfat en presència de succinat, no es consumeix oxigen fins que no s’afegeix ADP (vegeu la figura). El consum d’oxigen s’atura quan s’acaba l’ADP o s’afegeix oligomicina i recomença quan s’afegeix 2,4-dinitrofenol (2,4-DNP). Dibuixa sobre la figura, en línia discontínua, la gràfica corresponent a la producció d’ATP al llarg d’aquest experiment i interpreta , en base a la teoria quimiosmòtica els resultats de les dues representacions (variació de la concentració d’oxigen i de la d’ATP).
6. Metabolisme
6.1.- En els experiments que permeteren dilucidar el cicle de l'àcid cítric, Krebs observà que l'addició de malonat a extractes de múscul esquelètic de colom, inhibeix la utilització de piruvat i provoca l'acumulació de succinat. (a) Per què utilitzà preparacions de múscul de vol de colom per fer aquests estudis? (b) Per què inhibeix el malonat? (c) Què va concloure Krebs quan va trobar que, en les preparacions tractades amb malonat s'acumulava succinat després de l'adició de citrat, isocitrat o α-oxoglutarat? (d) Com s'explica que, en les preparacions tractades amb malonat, també s'acumule succinat després d'afegir fumarat, malat o oxalacetat? (e) Com expliques que se supere la inhibició de la utilització de piruvat si amb el piruvat s'afegeix oxalacetat, malat o fumarat?
6.2.-* (a) Explica i/o comenta la frase: "El carboni metil de cada molècula d'acetil CoA que entra al cicle de l'àcid cítric sempre correspón al C-3 del piruvat". (b) Quina és la funció del cicle de l'àcid cítric?
6.3.- L'arsenat (AsO 4 3-^ ) és quimicament similar al fosfat i pot substituir-lo en la major part, sinó totes, les reaccions fosforolítiques. Tanmateix, els esters d'arsenat són molt poc estables i s'hidrolitzen espontàniament. Per exemple, gliceraldehid 3-fosfat deshidrogenasa pot utilitzar arsenat en lloc de fosfat (arsenòlisi en lloc de fosforòlisi). El producte glicerat-1-arseno-3-fosfat pot hidrolitzar-se, no enzimàticament, a 3-fosfoglicerat i arsenat. (a) Per què es diu que l'arsenat és un desacoblador de la fosforilació a nivell de substrat? (b) Per què l'arsenat és una substància tòxica per un organisme que depèn absolutament de la glicòlisi per cobrir les seues necessitats energètiques? (c) Dóna algún exemple altre de reacció que es pugua desacoblar amb arsenat.
6.4.- Per a una concentració determinada de F6P, l'activitat fosfofructoquinasa-1 (PFK-1) augmenta degut a l'increment de la [ATP]. A partir d'un determinat valor, concentracions creixents d'ATP causen la inhibició de PFK-1 (vegeu la figura). Com és possible que l'ATP siga substrat i inhibidor de PFK-1? Quin és el mecanisme de regulació de l'activitat de PFK-1 per l'ATP i quin és el seu significat a nivell de la regulació de la glicòlisi?
6.5.-* S'ha descobert un mutant d'un organisme anaerobi facultatiu que té una gliceraldehid 3-fosfat deshidrogenasa que catalitza l'oxidació directa de gliceraldehid 3-fosfat a 3-fosfoglicerat sense passar per cap intermediari. El mutant sobreviu en medi aerobi, però no en anaerobi. Explica les possibles causes d'aquest comportament.
6.6.-* La glicòlisi pot funcionar sota condicions anaeròbies i aeròbies, mentre que el cicle de l'àcid cítric és estrictament aeròbic en eucariotes. Per què?
6.7.-* Louis Pasteur, estudiant la fermentació alcohòlica del llevat, observà que l'addició d'oxigen a un cultiu anaerobi originava una dràstica disminució de la velocitat de consum de glucosa. Aquest efecte pot ser contrarestat per l'addició de 2,4-dinitrofenol. (a) Per què disminueix el consum de glucosa en presència d'oxigen?. Justifica la resposta en termes d'enzims concrets. (b) Per què el 2,4-dinitrofenol contraresta aquest efecte?
6.20.-* En un sistema in vitro és necessària la presència de HCO 3- per que hi haja síntesi d'àcids grassos. Tanmateix, utilitzant bicarbonat marcat isotòpicament, no s'observa la incorporació del carboni marcat del bicarbonat en els àcids grassos neixents. Explica aquesta aparent contradicció.
6.21.-* En un experiment, s'injectà, a una rata, alanina marcada amb 14C en la posició 3 i després de dues hores se li va extraure el fetge, del qual s'extragueren els lípids. S'observà que el palmitat aïllat contenia isòtop radioactiu. Com es pot justificar aquest fet? Indica, en un esquema breu, les transformacions que tingueren lloc.
6.22.-* Mostra com el nitrogen de l'alanina pot aparéixer com ió amoni. Quina és la destinació d'aquest amoni?
6.23.-* En relació amb el metabolisme nitrogenat, com afectaria a un mamífer una disminució del nombre de mitocondris en les seues cèl·lules hepàtiques. I una disminució d'arginasa. Per què?
6.24.- La ureasa és un enzim que es troba en moltes plantes i microorganismes. la font comercial més freqüent és la bajoca Canavalia eusiformis. Quan a conills ben alimentats se'ls injecta ureasa, immediatament tenen fortes convulsions i moren, per què?
6.25.-* Del següent diagrama:
(a) Indica la localització subcel·lular d'I, II i III. (b) Especifica les unions que deuen afegir-se entre IV i la resta del diagrama. (c) Quan no hi ha oxigen, en quin procés s'acumula lactat? Per què? (d) En quin(s) procés(sos) es requereix FAD? (e) Quin efecte produïria sobre IV, l'addició de:
- malonat (inhibidor de succinat deshidrogenasa)
- 2,4-dinitrofenol (f) Dels següents enzims: 1. Fosfofructoquinasa-1; 2. Piruvat-deshidrogenasa i 3. ATP-sintasa.
- En quin procés (d'I a VI) participen?
- Especifica la reacció que catalitzen
- Indica llur localització subcel·lular
- Quines conseqüències metabòliques provocaria llur carència? (g) Assenyala dos processos metabòlics relacionats amb V tot indicant llur localització tissular i subcel·lular. (h) Indica quin procés, que no apareix en l'esquema, està també relacionat amb IV. On es localitza?
6.26.-* Es tracta de relacionar les rutes metabòliques amb els compartiments cel·lulars on tenen lloc: (1) Citosol (2) Mitocondri (3) Glioxisoma; (4) Membrana interna mitocondrial (5) En citosol i mitocondri parcialment (6) Estroma; (7) Membrana plasmàtica de bacteris (8) Membrana tilacoïdal ( ) Glicòlisi; ( ) Gluconeogènesi; ( ) Síntesi d'urea; ( ) Síntesi d'acids grassos; ( ) Cicle del glioxilat;
( ) Cicle de l'àcid cítric; ( ) Ruta oxidativa dels fosfats de pentosa; ( ) β-oxidació dels àcids grassos; ( ) Fosforilació oxidativa; ( ) Fotofosforilació; ( ) Formació de cossos cetònics; ( ) Síntesi i degradació del glicogen; ( ) Cicle de Calvin; ( ) Descarboxilació oxidativa del piruvat.
6.27.-* Després d'un dejuni prolongat s'observa que els nivells plasmàtics d'àcids grassos i cossos cetònics augmenten, mentre que el nivell de glucosa plasmàtica disminueix, tal i com es veu en la figura. Interpreta el significat metabòlic d'aquestes observacions.
6.28.-* De l'esquema mostrat indica:
(a) Un titol per al procés global. (b) El nom de les etapes o processos que participen, mostrats amb el números 1- (c) La seua localització tissular i subcel·lular (d) Els enzims reguladors (e) Quines etapes requereixen NAD+ i/o NADP+ (f) Quins processos consumeixen ATP (g) Completa les etapes que consideres de major significat per tal d'entendre el procés global.
6.29.-* Es tracta d'establir les interrelacions entre els principals òrgans que metabolitzen combusti bles:
(a) Assenyala amb fletxes els metabòlits que són importats i exportats per cada organ. (b)Indica les principals rutes del metabolis me energètic que estan implicades amb els metabòlits que es consideren en la figura, i la participació dels diferents òrgans en aquestes rutes.
6.33.-* La taula mostra l’activitat d’alguns enzims de músculs pectorals (de vol) de coloma i de faisà
Activitat (μmol substrat per min i per g de teixit)
Enzim Coloma Faisà
Hexoquinasa 3.0 2.
Glicogen fosforilasa 18.0 120.
Fosfofructoquinasa-1 24.0 143.
Citrat sintasa 100.0 15.
Lactat deshidrogenasa 5.0 30.
Triacilglicerol lipasa 70.0 10.
Quin és el combustible metabòlic principal per a la producció d’ATP en el teixit muscular de cadascuna de les aus? Justifiqueu les respostes.
6.34.-* Chlamydomonas reinhardtii és un alga unicel·lular eucariòtica que pot créixer en foscor utilitzant l’acetat com a única font d’energia i de carboni. A partir d’aquesta molècula, l’alga obté tota l’energia que necessita i sintetitza tots els components carbonats cel·lulars. Com és possible? Feu un esquema que mostre les rutes metabòliques que participen en la formació d’hidrats de carboni, àcids grassos i aminoàcids, i energia (ATP) a partir de l’acetat. Indiqueu el nom de les rutes que hi participen.
6.35.-* Un nadó de dos mesos d'edat fou ingressat en un hospital perquè presentava hipotonia (debilitat muscular) i no augmentava de pes. Després de fer-li diverses proves, se li diagnosticà un defecte en una de les subunitats del complex multienzimàtic de la piruvat deshidrogenasa. (a) Com expliques que les concentracions plasmàtiques de lactat i d'alanina foren anormalment elevades? Fes referència a les reaccions de formació d'aquests metabòlits. (b) L'excés de lactat i d'alanina, pot explicar-se per un defecte en la piruvat carboxilasa? Explica-ho. (c) Una reducció d'un 40% en els sucres de la dieta és molt efectiva per a aliviar els símptomes de l'acidosi làctica en els malalts que tenen aquest defecte genètic de la piruvat deshidrogenasa. Explica en què es fonamenta aquesta teràpia.
6.36 *.- De les següents transformacions bioquímiques indiqueu, sobre les línies, si generen:
(1) NADPH; (2) NADH; (3) ATP; i (4) no generen cap dels anteriors:
(a) glucosa → piruvat: ______; (b) piruvat→CO 2 : ______; (c) glucosa-6-fosfat→ ribosa-5-fosfat: _______;
(d) glucosa→ etanol: _______; (e) NADH→NAD +^ (en la respiració mitocondrial): ______; (f) electrons de
l’aigua→ferredoxina: ______; (g) β-hidroxibutirat→ acetoacetat: _______; (h) palmitoïl CoA→8 acetil
CoA: _______; (i) glutamat→ α-oxoglutarat + NH 4 +^ : ______; (j) piruvat→glucosa ______.
6.37.-* Per tal d’estudiar el metabolisme del glicogen muscular, es realitzà el següent experiment: es marcà radioactivament el glicogen muscular d’una rata i, després d’injectar-li adrenalina, es trobà que: (a) si la rata es trobava en repòs, la marca radioactiva apareixia únicament en forma d’un compost gasós d’un carboni; mentre que (b) si la rata estava realitzant un exercici anaeròbic intens, la marca radioactiva es trobava als 2 min en sang, en forma d’un compost de 3 carbonis; i al cap d’uns 30 min, la marca radioactiva apareixia, en sang, en forma de glucosa. Identifica els diferents composts que apareixen marcats radioactivament en sang després de la injecció d’adrenalina i fes un esquema dels processos que tenen lloc en cada cas (a i b), indicant els òrgans implicats.
