Cuestiones metabolismo

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1. 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 crees que Krebs utilizó preparaciones del músculo del vuelo de paloma en estos
estudios?.
b. ¿Por qué inhibe el malonato?.
b. ¿Qué fue capaz de concluir cuando encontró que se acumulaba el succinato, en las preparaciones
tratadas con malonato, después de la adición de citrato, isocitrato o α-oxoglutarato?.
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. Krebs también encontró que la inhibición de la utilización del piruvato podía superarse añadiendo
oxalacetato, malato o fumarato. ¿Cómo explicarías estos resultados?.
2. Comenta la siguiente frase, justificando la respuesta: “ el carbono metilo de cada molécula de acetil-CoA
que entra al ciclo del ácido cítrico siempre corresponde al C3 del piruvato”. ¿Cuál es la función del ciclo
del ácido cítrico?.
3. Si se incuba glucosa marcada con 14C en el carbono 1 con un extracto libre de células capaz de realizar
glicolisis. ¿Qué átomo de carbono del piruvato aparecerá marcado?
4. El arseniato es químicamente similar al fosfato y puede reemplazarle en la mayoría de las reacciones
fosforolíticas. Sin embargo, los ésteres de arseniato son muy poco estables y se hidrolizan
espontáneamente. Por ejemplo, gliceraldehido-3-fosfato deshidrogenasa puede utilizar arseniato en vez de
fosfato para romper la nueva molécula oxidada en la superficie del enzima. El producto glicerato-1arseno-3-fosfato puede hidrolizarse no enzimáticamente a 3-fosfoglicerato y arseniato.
a. ¿En qué sentido puede llamarse al arseniato desacoplador de la fosforilación a nivel de sustrato?
b. ¿Por qué es el arseniato una sustancia tóxica para un organismo que depende de la glicólisis para
satisfacer sus necesidades energéticas?
c. ¿Puedes pensar en otras reacciones que al igual que ésta sean posibles de desacoplar con arseniato?
5. Para una concentración determinada de fructosa 6-fosfato (F6P), la actividad de la fosfofructoquinasa-1
(PFK-1) aumenta al incrementarse la concentración de ATP. A partir de un determinado valor,
concentraciones crecientes de ATP causan la inhibición de PFK-1.¿Cómo es posible que el ATP sea a la
vez sustrato e inhibidor de la PFK-1?.¿Cuál es el mecanismo de regulación de la actividad de la PFK-1 por
el ATP y qué significado tiene a nivel de regulación de la glicolisis?.
6. Se ha descubierto un mutante de un organismo anaerobio facultativo en el que
la gliceraldehido-3-fosfato deshidrogenasa cataliza la oxidación directa del
gliceraldehido-3-fosfato a 3-fosfoglicerato sin pasar por intermediario alguno. El
mutante sobrevive en medio aerobio, pero no en medio anaerobio. Explica las
causas de este comportamiento.
7. La glicolisis puede operar bajo condiciones anaerobias y aerobias, mientras que el ciclo del
ácido cítrico es estrictamente aeróbico. ¿Por qué?
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8. Louis Pasteur, estudiando la fermentación alcohólica de la levadura, observó que la adición de
oxígeno a un cultivo anaerobio originaba una drástica reducción en la velocidad de consumo de
glucosa. Este efecto puede ser contrarrestado por la adición de 2,4-dinitrofenol.
a. ¿Por qué disminuye el consumo de glucosa en presencia de oxígeno?. Justifica la
respuesta en términos de enzimas concretos.
b. ¿Por qué el 2,4-dinitrofenol contrarresta este efecto?
9. En un cultivo bacteriano anaerobio se sabe que se acumula lactato a medida que progresa la
fermentación. Decide cuál de las siguientes situaciones son verdaderas o falsas:
a. Casi seguro que el cultivo está creciendo en glucosa ya que existen pocos otros
compuestos que puedan ser fermentados por las bacterias.
b. El (los) producto(s) de la fermentación no están más oxidados que los productos de
partida ya que no hay aceptor de electrones externo.
c. El cultivo no puede producir CO2.
d. Si se hace entrar aire y se burbujea continuamente el cultivo, el nivel de lactato
continuará aumentando.
10. Se ha observado que cuando ciertas levaduras se cultivan en un medio deficiente en hierro, la
producción de etanol aumenta respecto a la de un cultivo aerobio normal. Da una interpretación
bioquímica a este hecho.
11. Tras un ejercicio muscular intenso la concentración de lactato en sangre aumenta mucho. ¿Cuál
es la causa de esto?. Al cabo de un periodo corto de tiempo, dicho lactato vuelve el nivel
normal. ¿Cuál es su destino?.
12. ¿Por qué los animales no almacenan grandes cantidades de glucógeno en el músculo cuando se
les alimenta con una dieta rica en azúcares?.
13. Las siguientes frases ¿son ciertas? Justificalo
a. El enzima que cataliza la síntesis y la degradación de fructosa-2,6-bisfosfato, el efector
alostérico más potente de fosfofructoquinasa-1 y fructosa-1,6-bisfosfatasa, está fosforilado
o desfosforilado en respuesta a señales hormonales.
b. Ribulosa-1,5-bisfosfato carboxilasa osigenasa (RuBisCO) participa de forma importante en
el metabolismo de los animales en tanto que proporciona el poder reductor (NADPH) que
necesitan para la biosíntesis de ácidos grasos.
c. El AMPcíclico es el único segundo mensajero que se conoce y, además siempre se
encuentra a la misma concentración en el espacio extracelular, donde ejerce sus efectos
glucogenogénicos.
d. Una función principal del ATP es suministrar energía para procesos endergónicos, no
favorables, tales como el del transporte de electrones desde el agua hasta el NADP+ en la
fotosíntesis.
14. Cuál es el efecto de cada una de las siguientes situaciones sobre la velocidad a la que el
glucógeno es metabolizado?.Aumento en la concentración de Ca+2
a. Aumento en la concentración de glucagón en sangre
b. Aumento del nivel de glucosa en sangre
c. La activación de la glucógeno fosforilasa fosfatasa.
15. ¿Qué similaridades y diferencias hay entre la acumulación de ácido láctico en células
musculares de mamíferos y la de etanol en levaduras fermentadoras?.
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16. La glucosa que entra en una célula es rápidamente fosforilada a glucosa-6-fosfato. Indica tres
destinos metabólicos para esta molécula. ¿En qué circunstancias se daría cada uno de ellos?.
Nombra los enzimas reguladores implicados en estas vías y escribe la reacción que catalizan.
17. Comparad los siguientes aspectos de la síntesis y degradación de los ácidos grasos
a. localización subcelular
b. transporte de sustratos hasta la localización
c. reductores y oxidantes
d. organización del sistema enzimático
18. Explicad por qué un esquimal con una dieta inadecuada de carbohidratos podría mejorar
nutricionalmente comiendo grasa con ácidos grasos de número impar de átomos de carbono.
19. En un sistema in vitro es necesaria la presencia de HCO3- para que haya síntesis de ácidos
grasos. Sin embargo, utilizando HCO3- marcado isotópicamente no se observa la incorporación
del carbono marcado a los ácidos grasos nacientes. Explica la aparente contradicción.
20. Mostrad como el nitrógeno de la alanina puede aparecer como ión amonio. ¿Cuál sería el
destino de este ión amonio?.
21. En relación con el metabolismo nitrogenado.¿como afectaría a un mamífero una disminución
del número de mitocondrias en sus células hepáticas o una disminución del enzima arginasa?.
22. Dado el siguiente diagrama:
glicolisis
I
ATP
Oxidación de
ácidos grasos y
de aminoácidos
Ciclo del
ácido cítrico
II
Cadena de
transporte
electrónico
III
IV síntesis
utilización V
ADP
VI
a.
b.
c.
d.
e.
Localización subcelular de I, II y III
Especifica las uniones que deben añadirse entre IV y el resto del diagrama.
Cuando no hay oxígeno ¿en que proceso se acumula lactato? ¿por qué?.
¿En qué proceso(s) se necesita FAD?
Qué efecto produciría sobre IV la adición de: (i) Malonato (inhibidor del proceso II);
(ii) 2,4-dinitrofenol
f. localiza los siguientes enzimas en el esquema: (i)fosfofructoquinasa-1; (ii)piruvato
deshidrogenasa; (iii) ATP sintasa. Especifica que transformación catalizan, cual es su
localización subcelular y qué consecuencias se derivarían de su carencia.
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g. Señala dos procesos metabólicos relacionados con V indicando su localización tisular y
subcelular.
h. Indica otro proceso que no esté mostrado en el esquema y que esté también relacionado
con IV.
23. Localiza las rutas metabólicas que se indican, en los compartimentos celulares siguientes: 1)
citosol; 2) mitocondria; 3) glioxisoma; 4) membrana interna mitocondrial; 5) en parte en el
citosol y en parte en la mitocondria; 6) estroma; 7) membrana plasmática de bacterias.
(
(
(
(
(
) glicolisis
) síntesis de urea
) ciclo del ácido cítrico
) ruta de los fosfatos de pentosa
) β-oxidación de ácidos grasos
(
(
(
(
(
) fosforilación oxidativa
) formación de cuerpos cetónicos
) síntesis y degradación del glucógeno
) gluconeogénesis
) síntesis de ácidos grasos
24. De cada uno de los procesos (1 a 9) que se relacionan en el esquema, indica:
a. ¿De qué proceso se trata?
b. Su localización tisular y subcelular
c. Los enzimas reguladores
d. ¿Qué etapas requieren NAD+ y/o NADP+?
e. ¿Qué procesos utilizan o consumen ATP?
f. Completa los pasos que consideres de mayor significado para comprender el proceso
global de que se trata.
g. Sugiere un título para este proceso general
25. Tras un periodo de inanición (ayuno prolongado) se observa que los niveles plasmáticos de
ácidos grasos y cuerpos cetónicos aumentan, mientras que el nivel de glucosa plasmática
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disminuye, como se indica en la figura. Interpreta el significado metabólico de estas
observaciones.
26. En relación a interacciones entre los principales órganos que metabolizan combustibles:
a. Señala con flechas, en la figura, los metabolitos que son incorporados y exportados por
cada órgano.
b. Indica las principales vías del metabolismo energético que están implicadas con los
metabolitos que se consideran en la figura y la participación de los distintos órganos en
estas vías.
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27. Del esquema del metabolismo intermediario que se presenta nombra:
a. Los enzimas a que se refieren los números 1-11
b. Las rutas o procesos metabólicos de que se trata A-E
c. Los intermediarios o productos finales que se forman a-f
28. Explica y/o comenta las siguientes frases
a. Un cultivo bacteriano anaerobio que fermenta glucosa no produce CO2.
b. El desarrollo, por ingeniería genética, de un enzima que pudiera utilizar indistintamente
NAD+ o NADP+, en reacciones redox, afectaría a la degradación de hidratos de
carbono.
c. Cuando se toman aminoácidos en exceso en la dieta, los atomos de carbono de estos
aminoácidos se convierten en hidratos de carbono y en grasas.
d. El ciclo de Calvin está regulado, de alguna manera, por la luz.
29. Explica y/o comenta las siguientes frases:
a. La anoxia, falta de oxígeno, es el principal peligro para la supervivencia del cerebro. Se ha
observado que despues de tan solo 1 minuto de anoxia, las velocidades de glicolisis y de
formación de lactato aumentan del orden de 5 a 8 veces.
b. Si un amigo se lamenta de estar acumulando grasa y de que ya tiene 5 kg de sobrepeso, le
puedes consolar diciendole que aún tendría mayor sobrepeso, si en vez de acumular grasa
hubiese acumulado las mismas calorías en forma de hidratos de carbono.
c. El catabolismo de los ácidos grasos es un proceso que requiere necesariamente oxígeno. En
cambio, los hidratos de carbono, en muchas células pueden metabolizarse en ausencia de
oxígeno.
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30. La tabla siguiente muestra la actividad (mmols de sustrato/ min, g tejido) de algunos enzimas
de los músculos pectorales de paloma y de gallina. ¿Cual o cuales son, en último término, los
principales combustibles metabólicos para la producción de ATP en el tejido muscular de cada
una de estas aves?. Justifica la respuesta y relacionala con su capacidad de vuelo y el color de
su carne.
enzima
paloma gallina
hexoquinasa
glucógeno fosforilasa
fosfofructoquinasa-1
citrato sintasa
lactato deshidrogenasa
triacilglicerol lipasa
3.0
18.0
24.0
100.0
5.0
70.0
2.3
120.0
143.0
15.0
30.0
10.0
31. Explica por qué los pacientes con una deficiencia en glucosa-6-fosfatasa hepática son
hipoglucémicos.
32. Nuestras tierras son sobrevoladas en primavera por más de 50 millones de pajaros migratorios.
Estos animales necesitan una reserva energética que les permita volar largas distancias de
forma ininterrumpida. Se conocen casos de pájaros migratorios que vuelan sobre el mar 2400
km sin detenerse, 60 h de vuelo a 40 km/h. El índice de grasa de estos animales justo antes de
iniciar el viaje se aproxima a 3, mientras que en otros pájaros que vuelan distancias cortas o no
migran el índice de grasa es de 0.3. Durante las 60 h de viaje no se observa casi degradación de
proteínas. ¿Cual es la fuente de energía principal de estas aves y qué ventajas puede tener
frente a otras reservas energéticas posibles?. Señala esquemáticamente cómo obtienen ATP
estos animales. ¿De donde obtienen el agua necesaria para compensar las pérdidas a través del
aparato respiratorio. (el índice de grasa es la relación entre el peso seco de toda la grasa
corporal y el peso seco no grasa).
33. Durante el ejercicio intenso la glicolisis suministra el ATP necesario para la contracción
muscular. La reacción catalizada por la lactato deshidrogenas, aunque no suministra ATP, es
esencial en este proceso. ¿Cuál es la función de esta reacción?.
34. Explica y/o comenta las siguientes frases
a. Cuando se toman aminoácidos en exceso en la dieta, los atomos de carbono de estos
aminoácidos son convertidos en hidratos de carbono y/o grasas.
b. Mutantes de E. coli deficientes en F-1,6-Bpasa no pueden crecer en glicerol o succinato y
muestran un requerimiento absoluto por hexosas.
c. Despues de un ayuno prolongado los niveles en sangre de ácidos grasos y de cuerpos
cetónicos aumentan mientras que los de glucosa disminuyen.
35. De las siguientes rutas metabólicas
1. ruta oxidativa de los fosfatos de pentosa
2. ciclo del ácido cítrico
3. β-oxidación de los ácidos grasos
4. gluconeogénesis
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5. ciclo reductor de los fosfatos de pentosa (ciclo de Calvin)
6. ciclo de la urea
7. lipolisis (movilización de triacilgliceroles)
8. síntesis de ácidos grasos
9. glucogenolisis
10. glicolisis
Indica: (a) sus funciones
(b) sustratos que utilizan y productos que se forman
(c) posibles interconexiones en dos tipos celulares diferentes
(d) como les afecta la luz o el ayuno
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