1

Problemas de Bioquímica para el Curso de Biología

Celular y Molecular - BCC1

Departamento de Bioquímica

Facultad de Medicina

2010

2

Hidroxilo Alcoholes

Fenilo

Aldehido Aldehidos

Carbonilo Cetonas

Imidazol

Carboxilo Acidos

Amino Aminas Guanidinio

Amido Amidas

Tioles O Tioles Fosforilo

Sulfhidrilos

Disulfuros Anhidrido

Ester Esteres

Anhidrido Mixto

Eter Eteres

Fosfoanhidrido

Etilo

TABLA 1

GRUPOS FUNCIONALES IMPORTANTES DE LAS BIOMOLECULAS

Grupo

Funcional Estructura Familia

Grupo

Funcional Estructura

3

Tabla 2. Valores de electronegatividad de los elementos

4

Preguntas y Problemas

La adquisición de conocimientos es un proceso gradual que, como cualquier otra actividad,

necesita ser ejercitada. Las preguntas y problemas que siguen a continuación tienen como objetivo

contribuir a la adquisición de los conocimientos y destrezas considerados necesarios para este

curso. La mejor forma de aprovechar este material es que el estudiante, una vez que haya

comprendido el tema en el libro de texto, intente contestar las preguntas y resolver los problemas

antes de las clases de discusión grupal, de manera de poder aprovechar esa instancia docente para

consultar las dificultades encontradas. El estudiante debe tener en cuenta que conocer la respuesta

de un ejercicio no necesariamente significa saber resolver el mismo. El objetivo de los mismos

solo se alcanza cuando se sabe cómo resolverlo. Es importante destacar que este material forma

parte del contenido del curso y por lo tanto, la capacidad del estudiante de resolver estos ejercicios

u otros similares será evaluada en el examen final, aún cuando no todas las preguntas y problemas

sean tratadas en clase.

Agua y Soluciones

1- La molécula de agua tiene naturaleza dipolar:

a) explique este concepto.

b) Teniendo en cuenta la naturaleza dipolar de la molécula de agua y apolar de la molécula de

aceite explique por qué no son miscibles el agua y el aceite.

2- a) Defina, con sus propias palabras, qué es un puente de hidrógeno y como se forma

Nombre 4 grupos funcionales de la Tabla 1 que puedan formar interacciones tipo puentes de

hidrógeno con la molécula de agua. Justifique utilizando la tabla de electronegatividades de los

elementos (Tabla 2). Para la interacción con cada uno de los grupos funcionales seleccionados

indicar cuál es el aceptor y el dador de hidrógenos.

b) Defina qué tipo de interacción presentan los compuestos que no pueden formar puentes de

hidrógeno con el agua

Nombre 3 ejemplos dentro de los grupos funcionales que aparecen en la Tabla 1 que no puedan

formar puentes de hidrógeno con el agua. Justifique utilizando la tabla de electronegatividades de

los elementos (Tabla 2).

c) Defina qué es una interacción carga-dipolo y cómo se forma

Nombre 3 grupos funcionales de la Tabla 1 que puedan formar interacciones tipo carga-dipolo

con la molécula de agua.

3- Los enlaces de hidrógeno estabilizan las biomoléculas en estado sólido o líquido haciendo

más elevado su punto de ebullición. Teniendo en cuenta esta característica, ordene según sus

puntos de ebullición y en sentido creciente, las siguientes sustancias:

- agua (H2O)

- metanol (CH3-OH)

- éter metílico (CH3-O-CH3)

- peróxido de hidrógeno (HO-OH).

Busque los valores de puntos de ebullición de estas moléculas para confirmar su ordenamiento.

4- ¿Cuál es su concepto de solución? ¿Cómo define la concentración de una solución? ¿Qué

entiende por molaridad, normalidad y osmolaridad?

5- ¿Cuántos moles de KCl hay en 15 g? NaCl en 9 g? H2SO4 en 3 g? Glucosa en 90 g?

5

6- ¿Qué molaridad tendrá una solución de NaCl de:

a) 9 g por litro de solución?

b) 50 g en 250 mL?

c) 2 g en 400 mL?

7- ¿Qué molaridad tiene una solución de glucosa al 5% (w/v)?

8- Una solución contiene en 250 mL, una mezcla de 3 moles de A y 2 moles de B. Calcular la

concentración molar de ambas sustancias.

9- ¿Cuántos gramos de NaOH contiene 1 litro de solución 50 mM?

10- Para realizar una solución 3.5 M de Na2HPO4 a partir de 5 g del sólido, en qué volumen

debo realizarla?

11- Calcular la concentración normal de las siguientes soluciones:

a) HCl 0,5 M

b) KOH 1 M

c) H3PO4 0,3 mM

d) H2SO4 2 M

12- ¿Cuántos mEq/L de Na+ tendrá una solución de NaCl 0,1 M? Y una de Na3PO4 0,2 M?

13- Calcule la osmolaridad de las siguientes soluciones e indique si son soluciones hipo, iso o

hipertónicas respecto al plasma (osmolaridad del plasma es aprox.300mOsM).

a) KCl 0,5 M

b) MgCl2 2M

c) HCl 3 mM

14- Ordene las siguientes soluciones por orden creciente de osmolaridad:

a) Sacarosa 200 g/L

b) Albúmina 200 g/L

c) Glucosa 200 g/L

d) ZnCl2 200 g/L

e) CaCl2 200 g/L

6

15- La figura que se presenta a continuación fue extraída de un trabajo de Fulop, M., H.

Tannenbaum, publicado en Lancet 2: 635-639 (1973). La revista Lancet es una de las revistas de

actualización en medicina más prestigiosas.

a) ¿Qué posible mecanismo podría plantear para la pérdida progresiva de conciencia que

ocurre con el aumento de la osmolaridad plasmática?

b) Un paciente en estado de coma con signos y síntomas de deshidratación ingresa a la

emergencia. Su osmolaridad plasmática es de 370 mOsm (osmolaridad plasmática normal = 300

mOsM), su volumen plasmático es de 2,5 litros. Ud. desea corregirle la osmolaridad

administrándole una solución de glucosa 120 mM. Considerando que la glucosa será consumida

en su totalidad por los diferentes tejidos del organismo, ¿qué volumen es necesario administrarle

al paciente para llevar su osmolaridad a valores normales?

c) Si bien en este caso clínico es necesario diluir el plasma ¿por qué la solución intravenosa

que se administra es una solución glucosada y no agua?

16- Complete la siguiente tabla (Tabla 3)

Tabla 3

Molaridad Masa de Soluto Volumen de

Solución

NaOH 3 g 2 L

NaH2PO4 100 mg 600 mL

Kcl 2 M 500 mL

CuNO2 200 mM 1 L

K2SO4 500 mM 20 g

315 321

343

369

7

17- Complete la siguiente tabla (Tabla 4)

Tabla 4

Masa

Soluto

Volumen

Solución Molaridad Normalidad Osmolaridad

w/v

(%)

KOH 6 g 200 mL

NaH2PO4 300 mL 2 %

HCl 1 L 200 mN

NaOH 500 mg 4 OsM

8

Ácidos, Bases y Soluciones Amortiguadoras

18- ¿Cómo se define la constante de disociación del agua y qué relación tiene con el pH?

19- La concentración de una serie de soluciones de HCl es la siguiente:

A....................................................10-4

M

B....................................................2 x 10-2

M

C....................................................10-8

M

D....................... ........................10-3

M

a) ¿Cuál es la que tiene mayor concentración de H+?

b) ¿Cuál es el pH de cada una de ellas?

c) ¿Cuál es la concentración de OH- en cada una de ellas?

20- El pH del agua es 7,0 y el pH del plasma es 7.4. Si el pH del plasma desciende a 7.0 el

individuo experimenta gravísimos trastornos con pérdida de la conciencia.

a- Calcule cuántas veces más concentrada es la concentración de H+ en el agua pura que en el

plasma.

b- Explique la razón formal por la cual la gran diferencia en concentración de hidrogeniones se

corresponde con una pequeña diferencia en la escala de pH.

21- a) Sabiendo que el pKa del ácido acético es de 4,76, ¿cuál será su constante de disociación?

b) Calcular el pH de una solución 0,01M de ácido acético

22- ¿Cuál será el pH de una solución preparada mezclando 100 ml de una solución de ácido

acético 0,05 M con 250 ml de acetato de sodio con igual molaridad?

23- a) Defina, con sus propias palabras, que es un sistema buffer

b) ¿Por qué mecanismo un sistema buffer amortigua el aumento o la disminución de la

concentración de H+? ¿Por qué mecanismo amortigua el agregado de OH

-?

24- Dadas las siguientes soluciones:

NaCl 0,155 M

NaHCO3 0,100 M

CH3COOH 0,100 M

KCl 0,300 M

a) ¿Cuál o cuáles tiene(n) pH ácido?

b) ¿Cuál o cuáles tiene(n) pH básico?

c) ¿Cuál o cuáles pueden constituir un sistema buffer acidificando o alcalinizando

apropiadamente la solución?

d) ¿Cuál o cuáles tiene(n) la misma osmolaridad que el plasma?

25- Nombre 3 grupos funcionales de la Tabla 1 que tengan propiedades ácido-base en los rangos

de pH: 3- 5, 6-8 y 8-10.

9

26- Realice esquemáticamente la gráfica de la curva de titulación del ácido acético e indique:

a) punto inicial, y final de la titulación

b) el pKa.

c) En cada uno de estos puntos y en las zonas intermedias definidas por los mismos, indique

cuál o cuáles especies moleculares o iónicas están presentes. Si hay más de una especie indicar la

relación de concentraciones entre ellas (en términos de mayor, menor o igual).

d) ¿Podría realizar la curva de titulación del ácido clorhídrico? Justifique

27- Realice la gráfica de la curva de titulación del ácido fosfórico e indique:

a) punto inicial, y final de la titulación de cada uno de los protones disociables

b) cada uno de los pKas.

c) En cada uno de estos puntos y en las zonas intermedias definidas por los mismos, indique

cuál o cuáles especies moleculares o iónicas están presentes. Si hay más de una especie indicar la

relación de concentraciones entre ellas (en términos de mayor, menor o igual).

d) Al ácido fosfórico a pH fisiológico se lo conoce como fosfato, i) ¿qué justifica esta

denominación? ii) ¿qué estado de disociación tiene a este pH?

28- Dada una solución que contiene 0,1 mol de H3PO4 y 0,02 moles de NaH2PO4?

a) ¿Cuál es el pH de esta solución?

b) ¿Cuál es la concentración de sal cuando se le agrega NaOH 1M hasta que el pH llega a 2?

c) ¿Cuánto es el incremento en la concentración de sal entre la solución b) y la a)?

d) ¿Cuántos ml de NaOH se agregaron para pasar de a) a b)?

29- El ácido hipocloroso (HClO) tiene un pKa de 7.55. ¿Cuánto hay que pesar de ácido y de sal

para formar un buffer 200 mM a pH 8?

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Aminoácidos

30- Construya una tabla de 3 columnas y 20 filas. En la columna 1 ubique los 20 aminoácidos

(uno por fila) y en la columna 2 él o los grupos funcionales de la Tabla 1 que presenta el

aminoácido correspondiente. En la columna 3 indique en cada caso que propiedad fisicoquímica le

confiere ese grupo funcional al aminoácido considerado.

31- Los 20 aminoácidos utilizados para la síntesis de proteínas son solubles en agua. Sin

embargo, existen 6 aminoácidos que tienen grupos R no polares y 3 con grupos R aromáticos.

Explique la solubilidad en agua de estos aminoácidos.

32- Dados los siguientes aminoácidos y sus respectivos pKs:

pK1 pK2 pKR

Ala 2.34 9.87

Glu 2.19 9.66 4.28

Lys 2.18 8.95 10.53

a) calcule el pI de cada aminoácido

b) trace la curva de titulación de la alanina, indicando los pKs y el pI

c) cual será la carga neta en los siguientes pH: 1, 3.2, 6.1 y 11

33- Se realiza una electroforesis sobre papel, a pH 6, de una mezcla de: Gly, Ala, Glu, Lys, Arg

y Ser. Indicar los aminoácidos que migran al ánodo (+), cátodo (-) o permanecen cerca del origen.

34- Una solución de ácido aspártico (pI=2.77), glicina (pI=5,97), treonina (pI=5,87), lisina

(pI=9,74) y leucina (pI=5,98), en un tampón citrato a pH=3, se aplicaron a una columna de

intercambio catiónico (matriz negativa) equilibrada con el mismo buffer. La columna fue eluída

con el buffer, y se recogieron fracciones del eluato. ¿En qué orden van a eluir de la columna estos

aminoácidos?

35- Realice la gráfica de la curva de titulación de la histidina e indique:

a) Punto inicial, y final de la titulación de cada uno de los protones disociables

b) Cada uno de los pKs.

c) En cada uno de estos puntos y en las zonas intermedias definidas por los mismos, indique

cuál o cuáles especies moleculares o iónicas están presentes. Si hay más de una especie indicar la

relación de concentraciones entre ellas (en términos de mayor, menor o igual).

d) El pI.

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Proteínas

36- Indique 3 características químicas del enlace peptídico y qué importancia tiene cada una en

la estructura de las proteínas.

37- Una muestra de 8 moles de una proteína se la trata con un reactivo que se une al grupo

amino terminal de las cadenas polipeptídicas. Este procedimiento se lleva a cabo en condiciones

tales que todos los grupos amino terminales hayan reaccionado con el reactivo empleado. Luego

de este tratamiento, y una vez que la proteína es hidrolizada en forma completa, es posible

identificar él o los aminoácidos que se unieron al reactivo utilizado (por este motivo, se dice que

los aminoácidos que se unieron al reactivo quedaron “marcados”). En este caso particular se

encontró que: 1) solamente la valina quedó marcada, 2) se obtuvieron 32 moles de valina

marcada.

a) ¿Cuántas cadenas polipeptídicas tiene la proteína de la muestra?

b) ¿Podría tener todas las cadenas idénticas entre sí? Explique

c) ¿Podría tener cadenas diferentes entre sí? Explique

38- A continuación se indican dos proteínas, A y B, con sus respectivos aminoácidos ionizables

(número de residuos por molécula), y los pKa de los mismos:

pKa A B

Acido aspártico 4,5 16 11

Histidina 6,5 2 9

Cistina - 2 -

Tirosina 9,95 4 8

Lisina 10,2 14 12

Arginina >12 10 8

a-COOH 3,8 2 1

a -NH2 7,8 2 1

a) ¿Cuál es la carga aproximada de cada una de estas proteínas a pH=5,5 y a pH=8?

b) ¿A cuál de esos dos pH se separaría más eficientemente una mezcla de A y B por

electroforesis?

39- La hélice H de la mioglobina se extiende desde la alanina 127 hasta serina 144 y presenta

la siguiente secuencia:

Ala127-Gln-Gly-Ala-Leu-Asn-Lys-Ala-Leu-Glu- Ser-Phe-Arg-Lys-Asp-Ile-Gln-Ser144

a) Clasifique los grupos R de los residuos de este segmento en hidrofílicos marcándolos con un

círculo y en hidrofóbicos marcándolos con un cuadrado.

12

b) Ubique cada residuo en una representación en forma de círculo comenzando a 0o con la

Ala127 y continúe en sentido anti horario. Considere que el eje de la hélice está en el centro del

círculo.

c) ¿Dónde se ubican los grupos R en la hélice α? ¿Dónde se forman los puentes de H que

estabilizan la hélice ?

d) Teniendo en cuenta la respuesta en a ¿cuál zona de la hélice estaría mayoritariamente

expuesta al solvente y cuál estaría más expuesta al interior de la proteína?

e) Discuta el caso de la queratina en donde dos hélices forman el llamado ovillo enrollado

¿cómo se imagina su representación en un esquema como el anterior?

40- La figura representa un fragmento de una cadena polipetídica. Indique:

a) Los grupos químicos de la cadena principal que pueden participar en puentes de hidrógeno

como dadores de H

b) Los grupos químicos de la cadena principal que pueden participar en puentes de hidrógeno

como aceptores de H

c) Qué importancia en la conformación de la proteína tienen los grupos químicos señalados en

a) y b)

d) Los grupos químicos de las cadenas laterales que pueden participar en puentes de hidrógeno

como dadores de H

e) Los grupos químicos de las cadenas laterales que pueden participar en puentes de hidrógeno

como aceptores de H

f) Los grupos químicos o sectores hidrofóbicos presentes en la figura.

g) Los enlaces en los cuales la cadena principal puede girar.

h) Cuántos residuos aminoacídicos tiene el fragmento polipeptídico representado

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41- De los cuatro tipos de enlace e interacciones que se enumerar más abajo indique cuál es el

más importante en cada una de las estructuras que se indican en a) – e)

- Enlaces covalentes

- Enlaces de hidrógeno

- Interacciones iónicas

- Interacciones hidrofóbicas

a) La queratina del pelo

b) La estructura en barril de la enzima triosa fosfato isomerasa

c) La estructura primaria de la albúmina

d) El interior compacto de la mioglobina

e) La interacción de la hemoglobina con el grupo hemo.

42- En la década de los 60 Christian Anfinsen (Premio Nobel 1972) realizó una serie de

experimentos destinados a contribuir a la comprensión de las fuerzas que determinan la

conformación de una proteína. El conjunto de los resultados obtenidos le llevaron a postular la

“hipótesis termodinámica” para la adquisición de la estructura tridimensional de las proteínas.

Para estos experimentos, Anfinsen utilizó la enzima ribonucleasa. Esta enzima es una proteína

pequeña, de 124 aminoácidos, que posee 4 puentes disulfuro intracatenarios (ver Figura). A

continuación se presentan esquemáticamente 3 de los experimentos realizados con esta enzima.

Exp 1) -La enzima es tratada con urea 8 M y -mercaptoetanol (BME)(CH3-CH2-SH).

-Luego de este tratamiento la actividad enzimática es menor al 1% de la correspondiente a la

enzima “nativa”.

-Se remueve la urea mediante diálisis en presencia de BME.

-Se mide la actividad enzimática y se observa que la misma no se recupera.

-Se remueve el BME y se expone a la proteína al oxígeno del aire.

-La enzima recupera casi el 100% de su actividad.

a) ¿Cómo se explica la pérdida de actividad de la enzima por efecto de la urea y del BME?

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b) ¿Cómo se podría explicar la recuperación del 100% de la actividad enzimática?

c) ¿Cómo se podría explicar que la actividad no se recupera hasta tanto no se extraiga el BME?

Exp 2)-La enzima es tratada con urea y BME como en el experimento 1.

-En presencia de urea, se remueve el BME y se expone al aire.

-Se remueve la urea.

-La actividad de la enzima es menor al 1% de la de la enzima nativa.

d) ¿Cuál es la diferencia entre el Exp. 1 y el Exp 2?

e) ¿Cómo se explica la diferencia en la actividad de la enzima entre los 2 experimentos?

Exp 3)-A la enzima inactiva obtenida al final del experimento anterior se le agrega BME a

concentraciones muy baja y se la expone al aire

-Al cabo de 10-12hs se mide la actividad y se comprueba que la enzima recuperó el 100% de la

misma.

f) ¿Cómo se explica este resultado?

g) Discuta las conclusiones generales que puede extraer de este experimento en relación a:

-La importancia de la secuencia de aminoácidos en la adquisición de la estructura tridimensional

de la ribonucleasa.

-El contenido energético de la proteína nativa en relación a la enzima desnaturalizada en solución

salina fisiológica.

En el esquema adjunto se representa a la ribonucleasa en su estado nativo y en dos de los

estados que se obtienen durante los experimentos relatados más arriba. Indique qué

procedimientos experimentales (indicando el orden de los pasos) deben realizarse para que tengan

lugar las transformaciones representadas en los pasos 1, 2 y 3.

43- Cyrus Levinthal en 1969 presentó la siguiente afirmación: “Supongamos una proteína de

100 residuos y admitamos que cada residuo puede adoptar tres conformaciones posibles, esto nos

lleva a que serían posibles 3100

(5x1047

) conformaciones diferentes. Si para probar cada

conformación la proteína demora 10-13

segundos, para probar la totalidad de las conformaciones y

llegar a la forma nativa esta proteína demoraría 1027

años.” Esta afirmación se conoce como

“paradoja de Levinthal”.

15

a) ¿Por qué es una paradoja?

b) ¿Cuántas conformaciones se vieron en el curso que pueden adoptar dos residuos

aminoacídicos adyacentes? ¿Qué efecto tendría este número de conformaciones sobre el cálculo

de Levinthal?

c) ¿Cuánto se estima que demora el plegamiento de una proteína a nivel celular?

d) ¿Cómo se resuelve la paradoja de Levinthal?

44- Los componentes principales de la leche son: proteínas, mayoritariamente caseína; glúcidos,

principalmente lactosa y lípidos. Cuando la leche se contamina con microorganismos, o cuando se

le agregan unas gotas de limón se observa la aparición de flóculos blanquecinos. ¿A qué se debe

este fenómeno?

45- La anemia falciforme fue la primera enfermedad genética que se caracterizó a nivel

molecular. Presenta un aminoácido mutado a nivel de la sexta posición de las cadenas ;

Hb Normal: Val-His-Leu-Thr-Pro-Glu-Glu-Lys......

Hb S : Val-His-Leu-Thr-Pro-Val-Glu-Lys…..

Frente a tensiones bajas de oxígeno, la Hb de estos pacientes tiende a precipitar dentro del glóbulo

rojo, lo cual determina que adquieran forma de semilunas y sean eliminados por los macrófagos.

a) Si la corrida electroforética se llevó a cabo en un buffer

pH 8.6, indicar qué tipo de hemoglobina se corresponde con

los carriles 1 y 2.

b) Explicar la diferente migración electroforética de la Hb

S con respecto a la normal.

c) ¿Cómo se denomina al individuo de la muestra del

carril 3?

d) Explicar el fenómeno de precipitación de la Hb S.

( )

1 2 3

( + )

46- En la tabla que sigue se indican los cuatro aminoácidos responsables de las interacciones

intercatenarias de una proteína dimérica. En la segunda columna indique, para cada aminoácido,

cuál o cuáles podrían ser los aminoácidos interactuantes de la segunda cadena y en la tercera

columna describa el tipo de interacción en cada caso.

SUBUNIDAD 1 SUBUNIDAD 2 TIPO DE INTERACCION

Tirosina

Valina

Aspartato

Cisteína

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47- La principal interacción que mantiene unidas a dos proteínas diferentes es la que tiene lugar

entre un residuo de arginina de la proteína 1 con uno de glutamato de la proteína 2. Los residuos

mencionados se representan a continuación

a) Indique qué tipo de interacciones tienen lugar entre estos dos residuos aminoácidos.

b) Indique que procedimientos podría utilizar para romper esta interacción.

Se obtuvieron 4 mutantes puntuales de la “proteína 2” donde el residuo de glutamato es sustituido

de acuerdo a lo indicado en la figura siguiente.

c) ¿Cuál de las mutantes provoca la menor alteración de las interacciones entre la proteína 1 y 2?

d) ¿Cuál de las mutantes provoca la mayor alteración de las interacciones entre la proteína 1 y la

2?

48- La Escherichia coli es una bacteria cilíndrica, de 2 mm de longitud y 1mm de diámetro. En

presencia de lactosa, la bacteria sintetiza ß-galactosidasa (PM 450000), que cataliza la ruptura de

la lactosa. La densidad de la célula bacteriana es de 1,2 g/cm3 y el 14% de la masa total es

proteína soluble, de la cual el 1% es ß-galactosidasa. Calcular el número de moléculas de ß-

galactosidasa existentes en una célula de E. coli, crecida en presencia de lactosa.

Mutante 1

Mutante 2

Mutante 3

Mutante 4

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Enzimas

49- Dada la siguiente reacción:

k1 k2

E + S ES → E + P

k-1

Siendo k1 = 1 x 107 M

-1s

-1, k-1 = 1 x 10

2 s

-1 y k2 = 3 x 10

2 s

-1

Calcular:

a) Ks

b) Km

c) ¿Cuándo Ks se aproxima al valor de Km?

50- Considerando una enzima con cinética Michaeliana, ¿exprese la Vo en función de Vmax

cuando [S] = 2 Km, [S] = 6 Km, y [S] = 10 Km ?

51- Los siguientes resultados fueron obtenidos a partir de una reacción catalizada

enzimáticamente:

[S] (mM) v (mmol/L/min)

0.50 8.0

0.75 10.0

1.00 11.4

1.50 13.0

2.00 15.0

a) Calcular gráficamente Vmax y Km

b) Calcular k2 (kcat) si la concentración de enzima fue de 8 nM

c) ¿Cuál sería la velocidad de reacción a [S] = 600 mM y a [S] = 1200 mM?

d) Estas velocidades de reacción fueron obtenidas en presencia de una concentración 8 x 10-9

M

de la enzima. ¿Cuál sería la velocidad de reacción para [S] = 10 mM si la concentración de enzima

hubiese sido 1 x 10-8

M? Justifique su respuesta.

52- El sustrato de una enzima es el anión de un ácido débil A- (pKa=4.5). El sitio activo de la

enzima contiene un residuo de histidina (pKa=6.5) que tiene que estar protonado para la catálisis

enzimática. ¿Cuál es la zona de pH óptimo de la reacción? Justifique su respuesta.

53- Un microgramo de una enzima pura (PM = 92.000) catalizó una reacción a una velocidad

máxima de 0.50 mmoles/min bajo determinadas condiciones de pH y temperatura.

Calcular:

a) Constante catalítica de la enzima (kcat)

b) ¿Cuánto dura un ciclo catalítico?

54- Muchas reacciones enzimáticas se inhiben por el producto de la reacción. Utilizando los

siguientes datos de la inhibición causada por el acetaldehído sobre la oxidación del etanol

catalizada por la enzima alcohol deshidrogenasa, determinar:

a) el tipo de inhibición que se produce

b) los valores de Km, Vmax y Ki.

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Etanol (mM)

Acetaldehído (mM)

v (mmol/min)

20.0

-

19.5

30.0

-

21.3

50.0

-

23.3

100.0

-

24.9

20.0

4.0

11.6

30.0

4.0

14.3

50.0

4.0

17.6

100.0

4.0

21.2

Bioenergética

55- La fosforilación de la glucosa a glucosa-6-fosfato es el paso inicial en el catabolismo de la

glucosa.

Glucosa + Pi → glucosa-6-fosfato + H2O ∆G´°= 13.8 kJ/mol

a) Calcule la Keq para la reacción planteada.

b) Una de las estrategias para aumentar la concentración de Glucosa 6-fosfato sería aumentar la

concentración de los precursores. Si asumimos que la concentración de fosfato se mantiene

constante en 4.8 mM, cuál debería ser la concentración de glucosa intracelular para mantener una

concentración de Glucosa 6-fosfato de 0.25 mM en el equilibrio. Cómo debería ser la

concentración de glucosa para que la reacción sea exergónica (∆G<0)?

c) Calcule la variación de energía libre estándar (∆G’°) y la constante de equilibrio (Keq) de la

reacción que cataliza la hexoquinasa. La variación de energía libre estándar (∆G’°) de la hidrólisis

de ATP a 25oC es -30.5 kJ/mol

GLUCOSA + ATP GLUCOSA-6-P + ADP

Discuta la pertinencia, desde el punto de vista bioenergético, de la reacción anterior para asegurar

la fosforilación de la glucosa en las células.

56- Calcule la variación de energía libre (∆G) de la hidrólisis del ATP a pH 7 y 25oC bajo

condiciones de estado estacionario (tal como existen en las células), en las cuales las

concentraciones de ATP, ADP y Pi son mantenidas en 1.0 mM, 0.1 mM y 10 mM,

respectivamente.

57- Saccharomyces cereviseae (levadura) es un organismo eucariótico unicelular que se

caracteriza por tener como principal ruta catabólica la fermentación alcohólica. En esta vía la

glucosa se degrada hasta etanol y anhídrido carbónico:

Glucosa → 2Etanol + 2CO2 ∆Go´

= - 196.6 kJ/mol

a) ¿Qué tipo de sistema termodinámico es la levadura: cerrado, abierto o aislado?

19

b) ¿Qué cosas necesita la levadura del entorno y cuáles son eliminadas hacia el entorno?

c) ¿En qué se utiliza la energía libre de la fermentación alcohólica?

d) ¿Cuántos moles de ATP se formarían por mol de glucosa oxidado a etanol y CO2 en

condiciones estándar?

e) En estado estacionario las levaduras tiene una concentración de glucosa de 5 mM y de etanol y

dióxido de carbono de 50 y 5 mM, respectivamente. Las concentraciones de ATP, ADP y Pi son

mantenidas en 1.0 mM, 0.1 mM y 10 mM, respectivamente.

¿Cuántos moles de ATP se podrían formar por mol de glucosa oxidado en estas condiciones?

¿Cuántos moles de ATP se formarían por mol de glucosa si el rendimiento de la fermentación

alcohólica es del 31%?

58- Representamos la energía libre de la isomerización de la glucosa 6 fosfato (G-6-P) en fructosa

6 fosfato (F-6-P) catalizada por la glucosa-fosfato isomerasa:

G-6-P F-6-P

a) Utilizando el gráfico, calcule la constante de equilibrio (Keq) y el ∆G´º para la reacción

descrita, considerando la temperatura como 25ºC.

b) Si se tienen iguales cantidades de G-6-P y F-6-P y se agrega la enzima, ¿hacia dónde se

desplaza la reacción? Calcule el ∆G para esa condición.

c) ¿Cuál será el ∆G de esta reacción en la célula si las concentraciones intracelulares medidas en

estado estacionario de G-6-P y F-6-P son de 83 y 14 µM respectivamente?

d) Explique a que se deben las diferencias entre el valor de ∆G´º y los ∆G calculados en (b) y (c).

G

(kCal)

F-6-P: 0 0,34 0,5 1

G-6-P: 1 0,66 0,5 0

20

Glúcidos y Glucólisis

59- Los carbohidratos contienen 3 elementos C, H y O combinados de acuerdo a la fórmula

(CH2O)n con n mayor o igual a 3.

a) ¿Cuáles son las unidades básicas de los mismos?

b) ¿En qué se diferencian las aldosas de las cetosas?

60- Dibuje la fórmula de proyección de Fischer de la D-glc; L-glc, D-gala y D-fru

a) Indique con asteriscos los C asimétricos o quirales

b) ¿Qué consecuencia tiene la presencia de un C asimétrico en estas moléculas?

c) Compare D-gal y D-glc ¿Cuales son las diferencias entre ambas? ¿Qué tipo de isomería

presentan?

d) Compare D-glc y D-fru ¿Cuales son las diferencias entre ambas? ¿Qué tipo de isomería

presentan?

e) Dibuje las proyecciones de Haworth en la que se presenta generalmente en la naturaleza la D-

glc y la D- fru. Marque en cada uno los grupos funcionales que reaccionan para generar la forma

cíclica.

61-Dibuje la fórmula de proyección de Fischer y la de Haworth de la forma alfa y beta de la

ribosa. Indique la principal función de la ribosa.

62- Deduzca la estructura de 2 disacáridos a partir de la información dada a continuación,

escríbalas, nómbrelos y mencione fuentes de los mismos

a-disacárido I:

1- Su hidrólisis completa de D-glucosa y D-galactosa

2- Es hidrolizado por la galactosidasa

3- Reduce Cu+2

a Cu+

4- El C1 libre es el de la glc y se presenta en posición

b- disacárido II:

1- Su hidrólisis completa de D-glucosa y D-fructosa

2- Es hidrolizado por la D glucosidasa específica

3- No reduce Cu+2

a Cu+

4- La fructosa se presenta en la forma piranosa

Nombre y describa brevemente 2 enfermedades relacionadas a estos 2 disacáridos.

63-Al igual que las proteínas y los ácidos nucleicos los polisacáridos están formados por la

secuencia de sus residuos monoméricos

a) ¿Cuál es el enlace que estabiliza la estructura primaria de los polisacáridos?

b) ¿Cuál es la estructura primaria del almidón y cuántos extremos reductores tiene?

c) ¿Cuál es la estructura primaria del glucógeno y cuantos extremos reductores tiene?

64- Cite 2 polisacáridos de almacenamiento y 2 estructurales. ¿Qué diferencia existe entre los

polisacáridos de almacenamiento y la porción glucídica de una glicoproteína?

¿Qué funciones cumple la porción glucídica de una glicoproteína?

21

65- La glucosa entra en la vía glucolítica por su fosforilación a glucosa-6-fosfato catalizada por

dos enzimas: la hexoquinasa, presente en todas las células (con un bajo Km para su sustrato) y la

glucoquinasa exclusiva del hígado pero con un alto Km para la glucosa.

a) ¿Cuáles son los posibles destinos de la glucosa 6-P en los distintos tejidos y frente a distintas

necesidades energéticas?

b) ¿Qué rol juega cada una de estas enzimas en el metabolismo de los carbohidratos?

c) Altos niveles de ATP y bajos de AMP inhiben a la fosfofructoquinasa. ¿Qué sucede con la

actividad de la hexoquinasa y glucoquinasa en esta situación?

66- La glucólisis es una secuencia de 10 reacciones catalizadas por enzimas por la cual una

molécula de glucosa se convierte en 2 moléculas de piruvato. Con el objetivo de estudiar

termodinámicamente la vía se determinaron los valores de variación de energía libre (G) para

todas las reacciones en el músculo cardíaco. En la tabla se presentan estos valores y las

variaciones de energía libre estándar a pH 7 (Go’)

Reacción Enzima Go’

(kJ/mol)

G

(kJ/mol)

1 Hexoquinasa -20.9 -27.2

2 Fosfoglucosa isomerasa +2.2 -1.4

3 Fosfofructoquinasa -17.2 -25.9

4 Aldolasa +22.8 -5.9

5 Triosa fosfato isomerasa +7.9 +4.4

6+7 Gliceraldehído-3-PDH

+ Fosfogliceratoquinasa

-16.7 -1.1

8 Fosfoglicerato mutasa +4.7 -0.6

9 Enolasa -3.2 -2.4

10 Piruvato quinasa -23.0 -13.9

a) ¿Qué reacciones se encuentran cercanas al equilibrio y cuáles se encuentran alejadas del

equilibrio, en el músculo cardíaco?

b) ¿Qué enzimas serían candidatas a controlar el flujo de metabolitos por la vía glucolítica? ¿Por

qué?

c) ¿Cómo se explica la diferencia de energía en condiciones estándar y fisiológicas, de la reacción

catalizada por la aldolasa?

d) Plantee las ecuaciones de las reacciones 6 y 7 y la suma de ambas ¿qué nombre recibe esta

reacción de síntesis de ATP? ¿Qué otro mecanismo de síntesis de ATP posee la célula?

67- El arsénico pentavalente o arsenato (HAsO42-

) puede sustituir al fosfato (HPO42-

) y formar

ésteres de arsenato que se hidrolizan espontáneamente. Su efecto se puede ilustrar en la reacción

catalizada por la gliceraldehído-3-P deshidrogenasa:

22

a) Plantee un balance para la transformación de una molécula de glucosa en dos moléculas de

piruvato en presencia de ATP, ADP, NAD+ y a) fosfato b) arsenito

b) ¿Se consume igual cantidad de glucosa en ambos en a y b?

68- Durante la actividad intensa el tejido muscular demanda altas cantidades de ATP comparado

con el tejido en reposo. Este proceso se produce casi exclusivamente por fermentación láctica y el

ATP es producido por las reacciones catalizadas por las enzimas fosfogliceratoquinasa y piruvato

quinasa. ¿Si el músculo esquelético fuera desprovisto de la enzima lactato deshidrogenasa podría

llevar a cabo actividad física intensa, es decir, generar ATP a alta velocidad por la glucólisis?

Explique.

69- Seminario: Análisis cinético y termodinámico de la fosfofructoquinasa (PFK)

La PFK cataliza la fosforilación de la fructosa-6-fosfato (F-6-P) para formar fructosa-1,6-bifosfato

(F-1,6-BP) reacción catalizada por la fosfofructoquinasa-1 (PFK-1).

Mg+2

F-6-P ATP F-1,6-BP ADP

1) A continuación se muestran las concentraciones intracelulares de los sustratos que intervienen

en la fosforilación de la fructosa-6-fosfato en tejido cardíaco de rata, medidas por técnicas de

criocompresión:

Metabolito Concentración

(mM)

Fructosa-6-P 0.087

Fructosa-1,6-BP 0.022

ATP 11.4

ADP 1.32

a) Calcular la relación de acción de masas: [F-1,6-BP][ADP]/[F-6-P][ATP]

b) Dado que el Go’= -14.2 kJ/mol, calcular la Keq.

Comparar la relación de acción de masas y la Keq. ¿Se encuentra en equilibrio esta reacción?

¿Qué nos dice esto sobre el papel de la PFK1 como enzima reguladora?

HAsO42-

3OPO2HC

C H

O

O H 3OAsOC

O H

-OC

O

O H

3OPO2HC

NAD+ NADH

HAsO42-

H2O gliceraldehído-3-P

3-fosfoglicerato

3OPO2HC

23

2) Se presentan a continuación datos experimentales que ilustran su rol en la regulación de la vía

glucolítica. Se pide que las gráficas sean realizadas en el domicilio previo a la discusión de los

resultados.

1- Cinética de la PFK en función de la concentración de ATP y F-6-P.

El ensayo cinético consistió en medir la desaparición de NADH (0.2 mM) a 340 nm en función

del tiempo en presencia de fructosa 6-fosfato, ATP, MgCl2, NADH y Pi, así como de las

siguientes enzimas acopladas: aldolasa, triosafosfato isomerasa y glicerol-3-fosfato

deshidrogenasa. El ensayo fue realizado a pH 7.0 con una concentración fija de F-6-P 2 mM o a

una concentración fija de ATP 3 mM. En ambos casos se inició el ensayo con el agregado de 0.1

µg/ml de PFK.

a) Gráfico de v en función de [ATP] y [GTP] a una concentración fija de F-6-P

1- ¿Cual es la secuencia de reacciones en el ensayo acoplado para medir la velocidad de la PFK?

¿Por qué se agrega MgCl2 en el ensayo enzimático?

2- Analice el diferente comportamiento de los sustratos ATP y GTP.

3- ¿Cuál es la concentración intracelular de ATP en estado estacionario? ¿Cómo será la actividad

de la enzima en estas condiciones?

4- Si la concentración de ATP baja en la célula desde 2.5 mM a 1 mM, ¿qué sucede con la

actividad de la PFK?

b) Velocidad de la PFK en función de la concentración de F-6-P a una concentración fija de ATP

(3 mM).

24

v

(U/mg)

F-6-P

(mM)

v (U/mg) F-6-P

(mM)

V (U/mg) F-6-P

(mM)

1.5 1 15 5 63 12

2 2 30 6 68 14

4.5 3 48 8 69 15

8.5 4 60 10 70 20

1 unidad (U) es la cantidad de enzima que cataliza la transformación de 1 µmol de sustrato por

minuto.

1- Graficar la velocidad en función de concentración de F-6-P. (Asistir a la discusión grupal con

las gráficas realizadas en papel cuadriculado o en computadora)

2- ¿Cómo es la cinética de la PFK en función de F-6-P? ¿Cómo es la unión de la F-6-P a la

enzima? ¿Cuál es su K0.5?

2- Cinética de la PFK en presencia de citrato y AMP. a) Efecto del AMP

¿Cuál es el efecto de AMP sobre la cinética de la PFK?

25

b) Efecto del citrato

Citrato (mM)

0 0.2 1 5

F6P (mM) v (U/mg)

2 2 1.8 0.5 0.2

4 8 7.5 1 0.45

6 25 20 8 2

8 50 42 18 3

10 65 60 30 8

12 69 65 45 10

14 70 69 58 18

16 72 70 62 28

20 - - 65 45

25 - - 66 55

30 - - - 60

1- Graficar velocidad de la PFK en función de concentración de citrato. (Asistir a la discusión

grupal con las gráficas realizadas en papel cuadriculado o en computadora)

2- ¿Cuál es el efecto del citrato sobre la cinética de la PFK?

3- En las células hepáticas, ¿cuál es el principal modulador alostérico de la PFK?

Busque en la bibliografía como sería el mecanismo cinético de la PFK según el modelo simétrico

de Monod Wyman y Changuex

26

Ruta de las pentosas fosfato. Gluconeogénesis

70- Explicar el destino metabólico de la glucosa 6-fosfato bajo cada una de las siguientes

condiciones:

a) las necesidades de NADPH son mayores que las de ribosa 5-fosfato

b) las necesidades de ribosa 5-fosfato son mayores que las de NADPH

c) las necesidades de ribosa 5-fosfato y de NADPH son del mismo orden.

71- Se realizó un estudio sobre los niveles de actividad de enzimas del metabolismo de la glucosa

en los eritrocitos. Se estudio una población de 100 individuos sanos de características comparables

(edad, peso). En 3 de ellos se detectó una actividad de la enzima glucosa –6-fosfato

deshidrogenasa 10 veces menor a la del resto de los individuos.

a) ¿Cómo serán los niveles de ATP, NADH y NADPH de estos individuos comparados con el

resto?

b) ¿Cómo puede afectar esto al eritrocito y su función?

c) Si la actividad glucosa-6-fosfato deshidrogenasa se encontrara disminuida en otros tejidos ¿qué

vías metabólicas podrían estar afectadas?

72- Por cada glucosa 6-P que es completamente oxidada a CO2 por la ruta de las pentosas, ¿cuál es

el rendimiento en NADPH? ¿En qué tejidos espera encontrar un mayor consumo de glucosa por

esta ruta?

73- El músculo esquelético libera grandes cantidades de alanina (Ala) y lactato en distintas

condiciones metabólicas. A nivel hepático éstos son captados y utilizados para formar glucosa, la

que es entonces liberada desde el hígado al torrente sanguíneo.

a) ¿Qué reacciones sufren la Ala y el lactato para superar las etapas fuertemente exergónicas de la

glucólisis y formar glucosa?

b) ¿En qué compartimentos se produce este proceso?

c) Señale en que etapas se podrían producir ciclos fútiles. ¿Cuál sería el efecto a nivel celular de

tales ciclos y cómo se evitan?

74- A partir de hígado de rata se obtuvieron, por centrifugación diferencial fracciones subcelulares

enriquecidas en: núcleo, mitocondrias, fragmentos de membrana (retículo y membrana

plasmática) y citosol. Se determinó la actividad de las enzimas de la gluconeogénesis en las

distintas fracciones

a) ¿Qué actividades se encontrarán en las distintas fracciones?

b) Si agregamos oxalacetato y ATP marcado con fósforo radioactivo a la fracción citosólica ¿Qué

metabolitos marcados con fósforo se acumularán?

c) Si agregamos oxalacetato y ATP marcado a la fracción mitocondrial ¿Qué metabolitos

marcados se acumularán?

d) Si realizamos el mismo proceso de obtención de fracciones subcelulares a partir de músculo

esquelético ¿obtendremos las mismas actividades enzimáticas en las mismas fracciones?

75- Un paciente presenta una infección bacteriana que produce una endotoxina que inhibe a la

fosfoenolpiruvato carboxiquinasa. Analice que ocurrirá con la síntesis de glucosa a partir de los

siguientes precursores: alanina, glicerol y fosfoenolpiruvato y galactosa.

27

Ciclo de Krebs. Cadena Respiratoria. Fosforilación Oxidativa

76- La formación de acetil-CoA a partir de piruvato es una decarboxilación oxidativa catalizada

por el complejo piruvato deshidrogenasa.

a) ¿Qué ventajas presenta el hecho que el complejo piruvato deshidrogenasa sea multienzimático?

b) ¿Cuáles son los componentes del complejo y qué reacciones catalizan?

c) ¿Cuál es el sustrato oxidado y cuál el reducido?

d) ¿En qué compartimiento subcelular ocurre la decarboxilación oxidativa del piruvato?

77- El Ciclo de Krebs cataboliza el Acetil- CoA:

a) Escriba una ecuación equilibrada que describa la reacción catalizada por cada enzima del ciclo

b) ¿Qué cofactores son necesarios para cada reacción? ¿Cuándo es necesario un cofactor en una

reacción metabólica?

c) Identifique qué tipo de reacción cataliza cada enzima: condensación (formación de enlace C-C),

deshidratación, hidratación, decarboxilación, óxido-reducción, fosforilación a nivel de sustrato.

d) Escriba la ecuación que describe la oxidación de Acetil-CoA a CO2. (Balance global del Ciclo).

78- En los experimentos que permitieron dilucidar el ciclo del ácido cítrico, Krebs observó que la

adición de malonato a extractos de músculo esquelético de paloma inhibe la utilización de

piruvato y provoca la acumulación de succinato.

a) ¿Por qué inhibe el malonato?

b) ¿Qué fue capaz de concluir cuando encontró que se acumulaba el succinato en las

preparaciones tratadas con malonato, luego de la adición de citrato, isocitrato o α-cetoglutarato?

c) ¿Por qué fue también significativa la acumulación de succinato en las preparaciones tratadas

con malonato cuando el sustrato añadido era fumarato, malato u oxalacetato?

d) Explique por qué cuando las preparaciones son tratadas con un exceso de oxalacetato se puede

superar la inhibición causada por malonato.

79- Los enfermos de Beri-beri, enfermedad ocasionada por un déficit de tiamina en la dieta, tienen

niveles sanguíneos de piruvato y - cetoglutarato elevado, en especial después de comidas ricas en

glucosa. ¿Qué relación existe entre esos efectos y el déficit de tiamina?

80- Existen vías metabólicas que consumen intermediarios del Ciclo de Krebs. Un ejemplo es la

síntesis del neurotransmisor ácido -aminobutárico (GABA) a partir de glutamato en el tejido

nervioso. ¿A partir de que intermediario del ciclo se sintetiza el neurotransmisor? ¿Cómo se

repone el intermediario para que el ciclo siga funcionando?

81- Aunque el oxígeno no participa directamente del ciclo de Krebs, explique por qué el ciclo sólo

opera en condiciones aeróbicas.

82- El dinucleótido de adenina y nicotinamida (NAD+) es la principal molécula transportadora de

electrones a nivel celular que luego puede cederlos a la cadena respiratoria y de este modo al

oxígeno. Dadas las siguientes hemi-reacciones y sus potenciales redox estándar (Eº):

NAD+ + 2H

+ + 2e

- NADH + H

+ Eº = - 0.315 V

½ O2 + 2H+ + 2e

- H2O Eº = 0.815 V

28

a) Si el par NAD+/NADH y el par ½ O2/H2O reaccionan directamente en condiciones estándar

¿quién se lleva los electrones, es decir quién es el agente oxidante? Plantee la reacción global y

determine la variación de energía libre.

b) ¿Cuántos moles de ATP se podrían formar por mol de NADH oxidado en esta reacción?

¿Coincide este dato con lo que ocurre en la cadena respiratoria?

¿Qué rol cumplen en la cadena respiratoria mitocondrial las vitaminas y minerales ingeridos en la

dieta?

83- Un mitoplasto es una mitocondria sometida a permeabilización con detergentes de forma que

se le extrae selectivamente la membrana externa. Por lo tanto, la cadena respiratoria y

fosforilación oxidativa no se alteran. Si a un mitoplasto (mitocondria sin membrana externa) se le

elimina el citocromo c por extracción salina dejando intactos el resto de los componentes y luego

se le adicionan sustratos generadores de NADH y succinato:

a) ¿Cuál será el estado redox de la NADH deshidrogenasa, succinato deshidrogenasa, CoQ, Cit b

y a?

b) ¿Consume O2? Justifique su respuesta.

84 -¿Cómo entran a la cadena respiratoria los equivalentes de reducción provenientes de:

glucólisis, -oxidación y Ciclo de Krebs?

85- La isocitrato deshidrogenasa se localiza a nivel mitocondrial, en cambio la malato

deshidrogenasa se ubica a nivel mitocondrial y citosólico. ¿Cuál es el rol de la malato

deshidrogenasa en el citosol?

86- En 1961 Mitchell desarrolló la denominada hipótesis quimiosmótica para explicar la génesis

mitocondrial de ATP. Postuló que la energía libre del transporte mitocondrial de electrones es

conservada “bombeando” H+ desde la matriz mitocondrial al espacio intermembranoso, creándose

así un gradiente electroquímico de protones a través de la membrana mitocondrial interna. El

retorno exergónico de los protones a la matriz mitocondrial impulsa la síntesis de ATP, es decir

que el potencial electroquímico de dicho gradiente es utilizado para sintetizar ATP.

29

a) Indique las principales observaciones experimentales que sustentan dicha hipótesis.

b) Sabiendo que el potencial de membrana a través de la MMI de una mitocondria de hígado es

0.168 V (interior negativo) y el gradiente de pH 0.75 (pH matriz – pH espacio intermembranoso),

calcule el G asociado al transporte de 1 mol de protones hacia afuera de la matriz mitocondrial.

c) Si las concentraciones intracelulares en estado estacionario de ATP, ADP y Pi son 5, 0.5 y 1

mM respectivamente, ¿la reentrada de 1 protón a la matriz mitocondrial es suficiente para

impulsar la síntesis de ATP?

87- Mucha de la información acerca de la cadena respiratoria se obtuvo utilizando inhibidores, los

cuales pueden ser inhibidores de la cadena respiratoria, inhibidores de la fosforilación oxidativa y

desacoplantes, ¿cuál es la diferencia entre ellos y a qué nivel actúan?

88- Seminario: Análisis de las bases moleculares de una patología OxPhos

Un niño que nació luego de 40 semanas de gestación desarrolló en las primeras 24 horas de vida

problemas respiratorios y a las 6 semanas problemas neurológicos y cardíacos, revelando los

exámenes la existencia de una miocardiopatía. Entre las 15 y las 16 semanas se detectó además

una acidemia láctica progresiva, con un valor de pH de 7.30 (rango normal 7.38-7.44), con

valores de piruvato y de la relación lactato / piruvato elevados.

La acidemia láctica persistió hasta que el niño murió de un paro cardio respiratorio a las 16

semanas de vida.

A fin de comprender las bases moleculares de la patología que provocó la muerte de este niño se

evaluó la funcionalidad de las vías del metabolismo energético en el tejido cardíaco:

Las actividades de las enzimas de la vía glucolítica y de la piruvato deshidrogenasa eran

normales.

Estudios de resonancia paramagnética de electrones (EPR) indicaron que el contenido de hierro

de las mitocondrias era menor al normal y lograron identificar qué tipo de grupo prostético se

hallaba afectado.

Se purificaron mitocondrias de músculo cardíaco y se valoró su funcionalidad:

La gráfica A presenta el consumo de oxígeno mitocondrial en función del tiempo en presencia de

piruvato y malato, antes y después de agregar 7.2 µmoles de ADP

La gráfica B presenta el consumo de oxígeno mitocondrial en función del tiempo en presencia de

succinato antes y después de agregar 7.2 µmoles de ADP.

30

a) ¿Qué conclusiones pueden sacar con respecto a la funcionalidad mitocondrial del tejido

cardíaco de este niño?

b) Diseñe un esquema que presente las principales vías metabólicas mitocondriales y contenga a

los principales complejos enzimáticos. A partir de los datos obtenidos con las mitocondrias

plantee a qué nivel podríamos encontrar un defecto en el metabolismo mitocondrial.

c) A partir de los datos de EPR plantee que cofactor o grupo prostético se encuentra afectado.

d) ¿Estas mitocondrias se encuentran desacopladas? ¿Son capaces de sintetizar ATP?

e) ¿Cuál es la relación P/O con succinato? ¿Es la esperada? ¿Se puede calcular la relación P/O con

piruvato/malato?

f) ¿Cómo puede explicar la debilidad muscular y los problemas neurológicos del niño tomando en

cuenta los datos aportados?

g) La enfermedad de este niño se encuentra dentro del grupo de las acidosis lácticas congénitas.

¿Por qué? ¿A qué se debe el aumento del ácido láctico en sangre?

h) Las enfermedades que involucran a componentes de la cadena respiratoria y la fosforilación

oxidativa se conocen como enfermedades OXPHOS, y se encuentran entre las enfermedades

degenerativas más comunes. Algunos de los componentes de la cadena respiratoria y la

fosforilación oxidativa son codificados por el ADN mitocondrial: 7 subunidades del complejo I, 1

subunidad del Complejo III, 3 subunidades del complejo IV y 2 subunidades del complejo ATP

sintasa. El resto son codificados por el ADN nuclear.

Plantee una hipótesis sobre la causa de la enfermedad de este niño y que experimentos realizaría

para probarla.

La mayoría de los casos reportados hasta el momento se deben a fallas en los componentes

codificados por el ADN mitocondrial. ¿A qué puede deberse esto?

A

B

Piruvato/Malato ADP

Succinato

ADP

1 min

1 mol

de O2

31

Estructura de lípidos.

89- Con respecto a la estructura de los ácidos grasos:

a) Dibuje la fórmula desarrollada general de un ácido graso saturado de 16 carbonos. Escriba

su notación abreviada

b) Dibuje un ácido graso insaturado de 16 carbonos y escriba su notación abreviada.

c) Mencione los 2 factores determinan el punto de fusión de un ácido graso.

d) Los ácidos grasos en la célula se encuentran formando parte de lípidos más complejos.

Mencione 3 de ellos indicando su función y localización. Dibuje la fórmula general de esos

lípidos.

90- ¿Cuál es la estructura general de las grasas y de los aceites? ¿Cuál es la diferencia entre ellos?

91- Todas las membranas biológicas tienen lípidos como componentes principales:

a) Realice una pequeña clasificación de los principales lípidos que se encuentran en las

membranas biológicas y analice sus estructuras.

b) ¿Cuál es la característica que les permite formar micelas o bicapas?

92- De los componentes presentes en la tabla indique con una cruz:

Cuáles están presentes

tanto en triglicéridos como

en fosfatidilcolina

¿Cuál(es) no está(n)

presente(s) en ninguno de

ellos?

Glicerol

Ácido graso

Fosfato

Alcohol de cadena larga

Monosacárido

93- En la tabla se indican algunos de los ácidos grasos saturados e insaturados que tienen

importancia biológica.

Nombre común Abreviatura Punto de fusión

Esteárico 18:0 69.6

Oleico 18:1cΔ9 16

Linoleico 18:2cΔ9,12 5

Linolénico 18:3cΔ9,12,15 -11

a) Indique cuáles de ellos son insaturados y cuáles saturados.

b) ¿A qué se deben las diferencias en los puntos de fusión de los distintos ácidos grasos?

c) La mayoría de estos dobles enlaces presentan orientación cis, esto tiene un efecto importante

sobre la estructura molecular. Discuta las consecuencias sobre las membranas biológicas.

94- Los mamíferos del ártico, tales como el reno, presentan niveles más altos de ácidos grasos

insaturados en sus patas que en el resto del organismo. Proporcione una explicación razonable

para éste fenómeno y realice una conjetura sobre cuál podría ser la ventaja biológica del mismo

para la supervivencia del animal.

95- ¿Qué son los ácidos grasos esenciales? Mencione un ejemplo y dibuje su estructura.

96- Describa tres funciones que cumplen los lípidos en el organismo

32

Síntesis y degradación de los ácidos grasos. Integración metabólica

97- A una fracción soluble de hígado se le agrega [14

C]acetil-CoA (marcada radiactivamente en

todos los carbonos) resultando en la formación de ácido palmítico con todos los carbonos

marcados. Sin embargo si al mismo preparado de hígado se le agregan pequeñas cantidades de

[14

C]acetil-CoA y un exceso de malonil-CoA sin marcar, obtenemos ácido palmítico marcado

solamente en los carbonos 15 y 16.

Utilizando sus conocimientos sobre las síntesis de ácidos grasos explique estas observaciones.

98- Plantee la ecuación de la síntesis de ácido palmítico en el hígado de la rata a partir de acetil

CoA mitocondrial, NADPH citosólico, ATP y CO2.

99- ¿Cuál sería el efecto sobre la síntesis de ácidos grasos de un aumento de la concentración

intramitocondrial de oxalacetato?

100- Franz Knoop en 1904 propuso el nombre de -oxidación para el proceso biológico de

oxidación de ácidos grasos, mucho antes que se conociera la CoA y las enzimas involucradas

(descubrimiento que ocurre por 1950). Knoop alimentó perros con ácidos grasos modificados en

el último carbono, llamado carbono , con un anillo de benceno. Utilizó dos tipos de ácidos

grasos: con número par de carbonos y con número impar. Aisló de la orina de los perros los

productos que poseían un grupo fenilo. Los perros alimentados con ácidos grasos de número

impar originaron ácido benzoico. Los perros alimentados con ácidos grasos de número par

produjeron en su orina ácido fenilacético:

a) ¿Por qué ambos grupos de perros no originaron el mismo producto final, ácido benzoico o

fenilacético?

b) ¿Por qué Knoop utilizó el nombre de -oxidación?

c) ¿Cómo son la mayoría de los ácidos grasos de la dieta, de número par o impar de átomos de

carbono? ¿Cuáles son los productos finales de oxidación para ambos casos?

101- Explique el rol de la carnitina acil transferasa en la compartimentalización de la -oxidación

de los ácidos grasos.

102- Los ácidos grasos son convertidos a sus ésteres de coenzima A por una reacción reversible

catalizada por la acil:coenzima A sintetasa: R-COO

- + ATP + CoA R-CO- CoA + AMP + PPi

Si bien esta reacción posee una constante de equilibrio cercana a 1, la célula posee un mecanismo

que favorece la formación de acil-CoA. Explique.

COOH

COOH

COOH

COOH

ácido fenilacético

ácido benzoico

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103- Durante el ayuno se hidrolizan triglicéridos presentes en el tejido adiposo. Los ácidos grasos

viajan por la sangre a los tejidos donde son oxidados en la mitocondria, produciendo grandes

cantidades de acetil CoA

a) ¿Qué ocurre en estas condiciones con la velocidad del flujo de metabolitos por el Ciclo del

Ácido Cítrico?

b) ¿Qué enzimas son responsables de esta variación en el flujo?

c) ¿Cuáles son los mecanismos de regulación de estas enzimas?

104- Es bien conocido que las dietas ricas en carbohidratos se asocian con aumento de peso

debido principalmente a un aumento del tejido adiposo.

a) Explique esquemáticamente el mecanismo por el cual la glucosa se transforma en ácidos

grasos.

b) ¿En qué órgano se produce principalmente dicha reacción?

c) ¿Es posible sustituir totalmente los carbohidratos de una dieta por lípidos?

105- El consumo de glucosa por el músculo cardíaco puede ser medido haciendo circular

artificialmente sangre a través de un corazón intacto aislado y midiendo la concentración de

glucosa antes y después de que la sangre pase por el corazón. Si la sangre es desoxigenada, el

músculo cardíaco consume glucosa a un nivel estacionario. Cuando se adiciona oxígeno a la

sangre, la velocidad de consumo de glucosa cae dramáticamente y luego continúa a una velocidad

menor. ¿Por qué?

106- Analice las similitudes y diferencias, estructurales y funcionales, del NADH y NADPH.

107- Plantee cuáles pueden ser los diferentes destinos metabólicos de la glucosa 6-fosfato, el

piruvato y la acetil CoA en un hepatocito, en condiciones de ayuno y después de una comida

abundante.

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108- Seminario: Análisis de las bases moleculares de la intoxicación alcohólica

Las células animales (principalmente los hepatocitos) contienen la enzima citosólica alcohol

deshidrogenasa (ADH) que cataliza la oxidación del etanol a acetaldehído. El acetaldehído entra a

la mitocondria donde es oxidado a acetato por la enzima acetaldehído deshidrogenasa (AcDH). CH3 – CH2 – OH + NAD

+ CH3 – HCO + NADH ADH

CH3 – HCO + NAD

+ CH3 – COOH + NADH AcDH

Los efectos metabólicos de la intoxicación con alcohol surgen de las acciones de estas dos

enzimas que llevan a un desbalance de la relación NADH/NAD+ en la célula. A continuación

presentamos algunos datos de la historia clínica de un paciente alcohólico, Alberto Martini, a fin

de que sean analizados desde una perspectiva molecular.

Alberto Martini es alcoholista, llegó a la emergencia del hospital confuso y tembloroso. Su vecina

le dijo al médico que había estado tomando mucho durante la última semana. En este tiempo su

apetito había disminuido y casi no había comido en los últimos tres días. Su nivel de glucosa en

sangre era de 28 mg/dl (niveles normales luego del ayuno nocturno 80-100 mg/dl), y el de alcohol

en sangre de 295 mg/dl (niveles de intoxicación 150-300 mg/dl). Los exámenes de laboratorio

revelaron que tenía una acidemia, acompañada de niveles altos del cuerpo cetónico ß-

hidroxibutirato (40 veces mayores a los normales) y de ácidos grasos en sangre. El análisis de

acetona en orina dio negativo.

¿A que se deben los niveles bajos de glucosa en sangre del Sr Martini? ¿Cómo se encontrarán los depósitos de glucógeno hepático de Alberto Martini?¿Porqué? ¿Qué ocurrirá con la gluconeogénesis a partir de lactato, a partir de glicerol y a partir de oxalacetato? ¿Qué vías metabólicas utilizará Alberto Martini para la síntesis de ATP en cerebro y músculo?¿Qué ocurrirá en el hígado? ¿A qué se debe la presencia de niveles altos de ß-hidroxibutirato y de ácidos grasos en la sangre de Alberto Martini? ¿A qué se debe la acidemia? ¿Cómo explica que el test de acetona en la orina diera negativo y que el cuerpo cetónico predominante sea el ß-hidroxibutirato? ¿Por qué es frecuente que los alcohólicos desarrollen depósitos de triglicéridos en el hígado (síndrome de hígado graso)? ¿Qué vías metabólicas hepáticas serán inhibidas por este aumento de la relación NADH/NAD

+?

¿Qué enzimas serán responsables de la inhibición?